煤矿井下语音应急广播系统设计和实现

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1、煤矿井下语音应急广播系统设计和实现　　摘要：根据煤矿救灾应急的实际需要，提出了一种新型井下语音应急广播系统的设计方案，详细介绍该系统的设计原理、结构、主要功能和软硬件设计，重点阐述了系统发送端与接收端两个子系统实现的关键技术。运行结果表明，该系统稳定、可靠，音频播放流畅，能够满足矿井现场的实际需要。关键词：煤矿；矿井安全；数字广播系统；网络广播；工业以太网中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2014）04-0850-03随着能源需求的不断增大，国家增加了煤炭的开采量；与此同时，煤矿事故突发概率也随之增加。

2、煤矿井下多发水、火、瓦斯、冲击地压等突发事故，危害性大，易造成人员伤害和财产损失。其中，7一些煤矿的井下通信设备的不完善是影响事故营救的主要因素。通常，当井下发生重大事故时，需要相关人员进行紧急撤离，显然这时候需要在第一时间通报到井下全部人员；而现有的调度电话往往很难做到这一点，因而会造成部分需要撤离人员收不到应急通知，延误救灾脱险的时机，或是因为得不到正确的撤离、避险的指挥引导而发生意外。为确保矿井突发灾害情况下，井下人员在第一时间内实现撤离，从而最大限度降低人员和财税损失，研发一套适用于现场实际情况，实用、便捷的煤矿井下语音应急广

3、播系统成为了十分紧迫的任务。在本系统中，通过广播发送端和接受端，利用井下工业以太网作为传播介质，实现了井下语音广播终端实现了双工音频服务；系统以标准IP包的形式传送音频数据，可以较好地利用以太网解决语音信号远距离传输难题，并在此基础上实现了广播和双向通话功能。1系统设计原理与目标由于煤矿井下环境潮湿，噪音较大；同时，区域分布广，环境安全要求特殊，传统的广播技术难以满足矿井要求。因此，煤矿井下语音应急扩播系统基于数字IP网络广播系统的设计原理进行构建与设计[1-2]。数字IP网络广播系统，是基于TCP/IP协议的公共广播系统，采用IP局

4、域网或Internet广域网作为数据传输平台。该系统具有以下特点：网络好，可实现Internet传输；音质好，系统支持音频码率8Kbps-320Kbps自适应，支持全部MP3格式文件的播放；稳定性好，系统支持TCP、IP、UDP网络协议，支持组播接收音频数据。7在数字IP网络广播系统中，是将经数字化的音频信号，在数字状态下进行压缩、编码、打包等处理。在本系统中，将模拟音频信号经过采集、量化、编码、压缩后形成的MP3格式的数字音频文件，以数据包形式按照自定义的MP3_Phone传输协议将音频文件通过工业以太网传送到井下语音广播终端，然后

5、在广播终端进行D/A转换成还原成音频信号，经放大后驱动喇叭工作。本系统的总体设计目标为：1）分区广播：可以同时对单点、多点或全部区域进行广播。2）全体广播：可以对所有终端进行广播。3）定时广播：可以按作息时间定制广播节目，定时播放。4）应急广播：拿起麦克风即可广播。5）宣传广播：可以播放背景音乐、领导讲话、语音宣传等。2系统设计方案本系统基于TCP/IP、UDP协议，通过矿井的工业以太网在井上和井下之间传递数字音频数据，实现数字网络广播功能。系统主要由IP网络广播控制工控机、井下广播终端、井下广播音箱、光缆、电缆等组成。煤矿井下语音应

6、急广播系统的整体结构如图1所示。同时，系统严格按照国家煤矿安全标准进行的安全技术设计，完全符合井下使用的设备防爆本安安全要求。该系统采用C/S结构，煤矿井下语音应急广播系统的主要组成部分如下：71）IP网络广播控制工控机，是本系统的核心，包含工控主机、基于ARM架构的语音采集终端、广播话筒、警告接口等。在工控机上上，安装自主开发的服务器软件，可以对各个广播终端实现应急广播、实时广播、宣传广播、定时广播、分区广播、双向对讲等功能实施管理与控制。通过语音采集终端对音频数据进行采集，对将传输到井下各广播终端的音频流数据，按照自定义的MP3_

7、Phone传输协议进行数字音频数据的打包处理。2）井下广播终端，主要包括矿用本安型广播通信主机和矿用本安型广播分站两部分，此两部分设备同样基于ARM架构进行设计。矿用本安型广播通信主机可安装至井下工作面、大巷、迎头等高危地区，对广播控制工控机发送来的音频信号进行解析处理、解码并播放，并可对井下的异常情况进行报警，还可通过广播终端实现双向对讲功能，将该区域异常情况向控制室实现即时汇报。矿用本安型广播分站可安装至井下工作面、大巷等高危区域沿线，对广播通信主机解析处理后的音频信号进行广播，还可通过广播分站进行紧急呼叫，可实现和控制室的双向对

8、讲功能，将该区域情况即时汇报。3关键技术及实现7煤矿井下语音应急广播系统由3个子系统所组成，分别是广播发送端子系统、以太网传输子系统和广播接收端子系统[3]。其中，以太网传输子系统主要是指支持TCP/IP、UDP协议的矿