CN2867449Y - 应用于铁道机车的语音录音装置 - Google Patents

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唐斌
聂火勇
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应用于铁道机车的语音录音装置，包括对整个系统监控管理以及对语音数据流进行存储的ARM主控模块，对电台输入的音频信号进行差分放大与自动增益控制的FPGA逻辑缓冲器、AD/DA转换电路，对语音信号编码/解码的DSP语音编码/解码运算控制器，在ARM主控模块控制下以文件形式存储语音文件的NAND FLASH存储电路和对外实现数据通信的数据通信模块；电台的语音信号在FPGA逻辑缓冲器内部逻辑控制单元的控制下进行模数转换，其输出端与DSP语音编码/解码运算控制器的对应端口相连，DSP的数据端口与FPGA的内部双口RAM进行数据交换、缓冲后通过ARM主控模块的控制将音频数据以语音文件形式存储进所述NAND FLASH存储电路。它可以实现车机联控进行录音、语音检索、回放。

Description

应用于铁道机车的语音录音装置
技术领域
本实用新型属于铁道机车安全设备控制技术领域，具体涉及一种集高质量录音、回放、快速转储检索的应用于铁道机车的语音录音装置。
背景技术
目前，大多数系列的铁道机车安全行车设备中通常使用的语音录音、回放的方法如下：
录音：大多数系列的录音安全行车设备，录音采用方法简单，通过检测录音接口的交流音频信号；没有对有效音频信号和噪声信号进行区分，录音效果差，噪声严重时，乘务员车机联控等原声音频信号将被噪声淹没。
转储：第五次大提速后，机车运行交路延长，乘务员车机联控等的语音信息增多，语音文件越来越大，而现有语音装置转储采用RS232通讯并转储，转储速度受到限制；语音文件的增大而转储速度慢和时间长，已成为现有语音录音装置转储和分析的瓶颈。
回放：大多数语音录音装置采用硬件编码和解码，乘务员车机联控等语音呼叫信息在进行回放和检索时，仍然同样需要采用硬件解码，这样就造成了回放的不通用性，不能采用WONDOWS系统通用播放器进行播放。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的录音质量差、无自动增益控制、转储速度慢、通用性程度不高等缺陷，提供一种以ARM控制、DSP语音编码压缩技术为核心的机车语音录音装置。
一种应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于它包括：
一个完成对整个系统监控管理以及对语音数据流进行存储的ARM主控模块1，以及对电台输入的音频信号进行差分放大与自动增益控制的FPGA逻辑缓冲器2、AD/DA转换电路3，对语音信号进行算法软件编码/解码的DSP语音编码/解码运算控制器5，在ARM主控模块1控制下以文件形式存储语音文件的NAND FLASH存储电路4和对外实现数据通信的数据通信模块6；所述AD/DA转换电路3的模数转换输入端与电台的音频信号输出端相连，电台的语音信号在FPGA逻辑缓冲器2内部逻辑控制单元的控制下进行模数转换，其输出端与所述DSP语音编码/解码运算控制器5的对应端口相连，该DSP语音编码/解码运算控制器5的数据端口与所述FPGA逻辑缓冲器2的内部双口RAM进行数据交换、缓冲后通过ARM主控模块1的控制将音频数据以语音文件形式存储进所述NAND FLASH存储电路4。
所述数据通信模块6包括分别与所述ARM主控模块1的对应端口相连的2路CAN总线接口7、RS485总线接口8，以太网接口9、USB接口10和无线传输接口11，在所述CAN总线接口7、RS485总线接口8与ARM主控模块1的ARM主控制器之间，连接有对外电气隔离的光耦。以太网、USB2.0对外提供不小于10MBPS的转储速度。
本实用新型通过CAN、485总线与监控装置通信，获取以监控时间、公里标为基准通过主从适合USB接口进行转储，转储速率高达480Mbps/秒；或通过100兆工业以太网进行网络转储；存入FLASH中的音频压缩文件，经过USB或以太网转储到微机，经语音分析软件即可方便进行语音检索分析及回放再现。
它采集电台交流音频信号并对其进行隔离、差分放大，对弱小信号进行自动增益控制、A/D模数转换、经FPGA逻辑缓冲器对信号缓冲后送入DSPDSP语音编码/解码运算控制器进行音频的编码压缩；在ARM主控模块的控制下，通过CAN、485总线与监控装置通信，获取以监控时间、公里标为基准，将所述第一步获得的编码压缩音频信号以文件形式存入FLASH存储器中；将第二步中所述FLASH存储器中音频信号文件通过主从适合USB接口进行转储或通过100兆工业以太网进行网络转储至目标存储器。
本实用新型应用于铁道机车上用于对乘务人员车机联控进行录音，并可在软件的控制下进行语音检索、回放，更加真实地再现列车运行中的呼唤应答情况。可用来有效分析行车事故，为机务部门和运输部门的科学管理提供新的技术手段。
附图说明
图1为本实用新型系统总体方框图；
具体实施方式
如图1所示，一种应用于铁道机车的语音录音装置，它包括：
一个完成对整个系统监控管理以及对语音数据流进行存储的ARM主控模块1，以及对电台输入的音频信号进行差分放大与自动增益控制的FPGA逻辑缓冲器2、AD/DA转换电路3，对语音信号进行算法软件编码/解码的DSP语音编码/解码运算控制器5，在ARM主控模块1控制下以文件形式存储语音文件的NAND FLASH存储电路4和对外实现数据通信的数据通信模块6；所述AD/DA转换电路3的模数转换输入端与电台的音频信号输出端相连，电台的语音信号在FPGA逻辑缓冲器2内部逻辑控制单元的控制下进行模数转换，其输出端与所述DSP语音编码/解码运算控制器5的对应端口相连，该DSP语音编码/解码运算控制器5的数据端口与所述FPGA逻辑缓冲器2的内部双口RAM进行数据交换、缓冲后通过ARM主控模块1的控制将音频数据以语音文件形式存储进所述NAND FLASH存储电路4。
所述数据通信模块6包括分别与所述ARM主控模块1的对应端口相连的2路CAN总线接口7、RS485总线接口8，以太网接口9、USB接口10和无线传输接口11，在所述CAN总线接口7、RS485总线接口8与ARM主控模块1的ARM主控制器之间，连接有对外电气隔离的光耦。
所述的存储器包括交换存储器和数据存储器及DSP算法程序存储器，所述交换存储器为SDRAM，所述数据存储器为NAND FLASH，DSP算法程序存储器为AM29LV160。
ARM主控制器为ARMS3C2440，2路CAN总线连接于控制器ARM S3C2440，总线控制器为SJA1000，总线控制器SJA1000与总线驱动器PCA82C250连接。485总线连接于主控制器ARM S3C2440，总线驱动器为MAX3490，DSP语音编码/解码运算控制器为TMS320V33，实现对语音信号进行编码压缩及软件噪声抑制工作。FPGA信号缓冲器为XCS2S100E，实现对音频信号流与DSP语音编码/解码运算控制器的信号缓冲。AD/DA电路为PCM3008，为其提供专业的模数转换。USB电路为ISP1760，为主从适合USB2.0驱动器。CAN总线、RS485总线与ARM主控模块的ARM主控制器之间连接的对外电气隔离的光耦为HPLD-600。语音录音装置通过数据通信接口与机车总监控系统相连。
ARM：Advanced RISC Machines  高级精简运算指令处理机
RISC：Reduced Instruction Set Computing  精简运算指令集
FPGA：Field Programmable Gate Array  现场可编程门阵列
DSP：Digital Signal Processor  数字信号处理器
NAND FLASH：与非型闪存。
机车电台语音录音装置依据监控装置的时间和行走里程坐标，对机车电台收/发的语音信息进行存储、记录，能通过有关设备将记录的语音，按时间、里程进行回放，也能在语音系统上直接进行语音回放，要实现的主要功能如下：1、对电台提供的弱小交流音频信号进行预处理，实现自动增益控制功能。2、语音音频信号处理软件压缩。3、在ARM主控模块的ARM主控制器控制下，语音依据监控装置的时间和行走里程坐标方式以文件形成存储。对外提供高速转储接口。
语音录音要实现以上若干功能，首先，需要采集电台录音接口提供的音频信号，对其信号进行隔离，采用专用不失真1∶1音频变压器时行隔离，以提高系统对电台的抗干扰性能；然后采用专用音频运算放大器对弱小信号进行比例放大，同时将放大的信号送住音频专用AD模数芯片进行转换；模数芯片转换的数字量通过FPGA芯片进行RAM缓冲，为DSP语音编码/解码运算控制器提供稳定数据流，最后数字音频在DSP语音编码/解码运算控制器进行音频编码，以2.4K比特流进行编码，压缩比大大提高。语音数据需要与机车行车时间点及公里标相结合进行记录，以便准确反映机车乘务员车机联控信息。而要实现这一功能，就需要与监控装置通讯，采集监控装置的时间和行走里程坐标。然后，在ARM主控模块的ARM主控制器控制下以时间公里标为标志文件方式进行存储。要对乘务员语音文件进行检索回放，就需要对语音文件进行转储并分析，由于语音文件非常大，而在实际使用中对转储时间又非常有限，这样就要求机车语音录音装置中文件在极短时间内全部转输完毕，目前从转输接口速度角度来看，USB2.0、以太网具有很高的传输速度，本实用新型采用工业嵌入式主从适合USB2.0(ISP1760)芯片。
本实用新型需要采集两方面的信息：1、监控装置的时间和行走里程坐标；2、电台的音频信号。监控装置的时间和行走里程坐标，语音录音装置通485或CAN与监控进行实时通信。作为基准座标在ARM主控模块的ARM主控制器控制下进行存储记录，形成语音文件。数据通信模块包括有2路CAN总线、一个RS485串口，各个通信收发器与ARM主控模块的ARM主控制器之间，都连接有光电隔离装置，以排除不必要的干扰。2路CAN总线控制器芯片采用的是SJA1000完成。

Claims (5)

1、一种应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于它包括：
一个完成对整个系统监控管理以及对语音数据流进行存储的ARM主控模块(1)，以及对电台输入的音频信号进行差分放大与自动增益控制的FPGA逻辑缓冲器(2)、AD/DA转换电路(3)，对语音信号进行算法软件编码/解码的DSP语音编码/解码运算控制器(5)，在ARM主控模块(1)控制下以文件形式存储语音文件的NAND FLASH存储电路(4)和对外实现数据通信的数据通信模块(6)；所述AD/DA转换电路(3)的模数转换输入端与电台的音频信号输出端相连，电台的语音信号在FPGA逻辑缓冲器(2)内部逻辑控制单元的控制下进行模数转换，其输出端与所述DSP语音编码/解码运算控制器(5)的对应端口相连，该DSP语音编码/解码运算控制器(5)的数据端口与所述FPGA逻辑缓冲器(2)的内部双口RAM进行数据交换、缓冲后通过ARM主控模块(1)的控制将音频数据以语音文件形式存储进所述NAND FLASH存储电路(4)。
2、根据权利要求1的应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于所述数据通信模块(6)包括分别与所述ARM主控模块(1)的对应端口相连的2路CAN总线接口(7)、RS485总线接口(8)，以太网接口(9)、USB接口(10)和无线传输接口(11)。
3、根据权利要求1的应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于所述DSP语音编码/解码运算控制器(5)的型号为DSP TMS320VC33。
4、根据权利要求2的应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于所述CAN总线接口(7)采用的总线控制器的型号为SJA1000。
5、根据权利要求2的应用于铁道机车的语音录音装置，其特征在于在所述CAN总线接口(7)、RS485总线接口(8)与所述ARM主控模块(1)的ARM主控制器之间，连接有对外电气隔离的光耦。
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