景點智能語音導(dǎo)游器設(shè)計

賈艷麗，楊明剛

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程學(xué)院，江蘇 淮安 223003）

隨著人們生活水平的提高，旅游成為人們節(jié)假日的常規(guī)休閑模式。人們開始策劃自己的旅程，度假式自助旅游逐漸興起。而自助導(dǎo)游類服務(wù)成為旅游者最為期待的服務(wù)。為應(yīng)對這種需求，國家旅游局規(guī)定國家4A級以上旅游景點應(yīng)當(dāng)具備電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)為自助旅游服務(wù)。由此，我國興起了電子導(dǎo)游系統(tǒng)的研制開發(fā)。很多景點因為巨額資金投入等原因尚未安裝電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)，部分景點安裝的主要是游客攜帶的數(shù)碼按鍵式電子導(dǎo)游機(jī)[1-2]，游客除了購買門票外，還需再花錢租用電子導(dǎo)游機(jī)，一定程度上限制了“電子導(dǎo)游”的使用。

目前，在江蘇省，電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)只出現(xiàn)在蘇州、揚(yáng)州、無錫、南京等少數(shù)城市的少數(shù)景點，很多游客對于電子導(dǎo)游還很陌生，無法體會到電子導(dǎo)游帶來的時尚服務(wù)。因此，開發(fā)低成本、靈活多樣的電子導(dǎo)游產(chǎn)品勢在必行。在固定景點上使用紅外自動感應(yīng)式的電子導(dǎo)游系統(tǒng)相對而言成本較低[3-4]，可以作為中小型景點從 “人工導(dǎo)游喇叭式講解系統(tǒng)”向“電子導(dǎo)游時尚服務(wù)系統(tǒng)” 轉(zhuǎn)變的一種方式，本文研究的“景點智能語音導(dǎo)游器”就是基于這個目的而開展的。

本文設(shè)計的基于AT89C2051單片機(jī)的景點智能語音導(dǎo)游器，利用紅外傳感器檢測有無人來，并采用相當(dāng)于MP3的UM011語音模塊播放每個景點的導(dǎo)游詞。本設(shè)計產(chǎn)品小巧輕便，方便安裝在景點入口位置，只要游客經(jīng)過景點，就會自動播報導(dǎo)游詞，從而實現(xiàn)景點的智能語音導(dǎo)游。

1 總體方案設(shè)計

本文設(shè)計的景點智能語音導(dǎo)游器包含硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括供電電路、紅外傳感器、光隔離電路、MP3語音播放模塊、單片機(jī)主控模塊及其時鐘電路，如圖1所示。在紅外傳感器模塊與單片機(jī)之間加一級光隔離電路，用來遠(yuǎn)距離傳輸信號，如果是近距離檢測有無游客到來，則可以省略光隔離電路。供電模塊需要提供+8 V和+5 V 2個直流電壓。其中，+8 V為紅外傳感器供電，+5V為單片機(jī)、語音播放模塊和光隔離電路供電。

軟件部分主要是單片機(jī)編程，利用單片機(jī)的串行口控制MP3語音模塊的播放、停止以及狀態(tài)檢測。當(dāng)有人進(jìn)入檢測區(qū)時，熱釋電紅外傳感器會有一個直流電壓信號輸出，當(dāng)單片機(jī)的I/O口檢測到紅外傳感器的輸出電壓時，在單片機(jī)串行口指令的控制下，MP3語音模塊會自動播放事先存儲的MP3格式的導(dǎo)游詞。

圖1 總體方框圖

2 硬件單元電路設(shè)計

2.1 供電電路

單片機(jī)的+5 V供電電路如圖2所示，主要由12 V的直流穩(wěn)壓電源和三端集成穩(wěn)壓器LM7805組成。

圖2 單片機(jī)+5 V供電電路

紅外傳感器的+8 V供電電路如圖3所示，主要由12 V的直流穩(wěn)壓電源和三端集成穩(wěn)壓器LM7808組成。

圖3 紅外傳感器+8V供電電路

2.2 紅外傳感器和光隔離電路

本文采用的是熱釋電紅外傳感器，這是一種能檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號的傳感器。當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生溫度差，傳感器輸出端口相應(yīng)地有電壓信號輸出。由于人體感應(yīng)器模塊屬于高度敏感的器件，它對電源要求很高，必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如9 V的層疊電池就可能因為內(nèi)阻較大不能正常工作。因此，本文采用LM7808穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再經(jīng)過電容濾波后供電，如圖3所示。本設(shè)計采用BISS0001型號的紅外人體檢測模塊，該模塊有3個輸出腳：1腳接地；3腳接直流電壓+4.5～24 V；2腳是輸出腳，有人在檢測區(qū)時輸出3 V高電平，無人時輸出0 V低電平。其他技術(shù)參數(shù)有：感應(yīng)角度為110°，感應(yīng)距離為 0.5 m～7 m，觸發(fā)時間為 0.5 s～200 s，觸發(fā)方式有重復(fù)和不重復(fù)兩種。

圖4是紅外傳感器與光隔離電路，圖中晶體管Q1用作開關(guān)管。當(dāng)有人進(jìn)入檢測區(qū)時，紅外傳感器的2腳輸出高電平，Q1導(dǎo)通，發(fā)射極電流經(jīng)R3流入光隔離器輸入端的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，光隔離器輸出端的光敏三極管繼而導(dǎo)通，輸出為低電平，送給單片機(jī)的P1.7端口。

圖4 紅外傳感器與光隔離電路

2.3 單片機(jī)和語音播放模塊

本設(shè)計采用的語音播放模塊是一個插上U盤即可播放U盤里的MP3文件的音樂模塊，它可以很方便地嵌入到設(shè)備中，同時提供一個主USB HOST接口，插上U盤即可播音樂。本設(shè)計則是通過單片機(jī)串口發(fā)送指令控制該模塊播放導(dǎo)游詞。

將單片機(jī)的串口與MP3的串口（JP1）相連接控制音樂的播放，其波特率為 9 600 b/s，數(shù)據(jù)位為 8 bit，停止位為1 bit。具體的指令功能如表1所示。

表1 各指令功能

（1）表1中的命令格式分別為：字節(jié)1為起始位，字節(jié)2為后續(xù)字節(jié)長度，字節(jié)3為命令字，字節(jié)4為曲目號（只有Index命令有此字段）。

（2）所有預(yù)設(shè)命令第一個字節(jié)為02，接收到正確命令時，串口返回02 30；接收到不能識別的命令，則返回02 31。

（3）接收到第一個字節(jié)不是02的命令時，不作處理，也不會有任何反饋信息。

由于本文設(shè)計的是固定景點的智能語音導(dǎo)游器，一般MP3語音播放模塊只存儲一個景點的導(dǎo)游詞即可，因此只用到表1中的Play及Stop等少數(shù)幾個指令。

AT89C2051單片機(jī)與MP3語音播放模塊的連接電路如圖 5所示。MP3模塊的 2、3、4腳分別與單片機(jī)的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）、P3.2（INT0）相連接。 當(dāng)單片機(jī)的 P3.0（RXD）輸出高電平時，MP3開始播放音樂；當(dāng)單片機(jī)的 P3.1（TXD）輸出高電平時，MP3停止播放音樂；MP3的4腳是狀態(tài)信號線，當(dāng)單片機(jī)的 P3.2（INT0）輸出高電平時，表示MP3正在播放音樂。單片機(jī)的P1.7端口用于檢測紅外傳感器有無電壓信號輸出，低電平有效，即當(dāng)P1.7=0時，表示有游客進(jìn)入檢測區(qū)。

圖5 單片機(jī)及其時鐘電路與MP3語音播放模塊

3 軟件流程

在軟件編程方面，單片機(jī)需要實時檢測紅外傳感器的輸出，并通過串行口指令控制UM011語音模塊的播放與停止。主程序的軟件流程如圖6所示。

利用單片機(jī)的P1.7端口檢測紅外傳感器有無電壓信號輸出，低電平有效。當(dāng)有游客進(jìn)入檢測區(qū)時，P1.7=0；此時利用中斷查詢的方式檢查MP3語音模塊是否處在空閑狀態(tài)，如果單片機(jī)的P3.2（INT0）輸出低電平，則表示可以播放音樂；通過調(diào)用指令，給單片機(jī)的P3.0（RXD）輸出高電平，則MP3就開始播放音樂。

圖6 主程序流程

4 調(diào)試結(jié)果

本設(shè)計產(chǎn)品的初步調(diào)試在實驗室進(jìn)行，由直流穩(wěn)壓電源提供+12 V電壓，先調(diào)試單元電路部分，最后是軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，具體調(diào)試過程如下。

（1）紅外傳感器和光隔離電路調(diào)試。用萬用表分別測量紅外傳感器的2腳輸出電壓U1和光隔離器的輸出端電壓U2。當(dāng)檢測區(qū)無人時，萬用表的測量值分別為U1=0 V，U2=4.96 V；當(dāng)有人在傳感器前經(jīng)過時，萬用表的測量值分別為U1=2.86 V，U2=0 V。

（2）MP3語音播放模塊與單片機(jī)聯(lián)合調(diào)試。在MP3語音播放模塊中用U盤存放一首音樂，將軟件程序下載到AT89C2051單片機(jī)中，完成與紅外傳感器和光隔離電路的連接，通電調(diào)試。當(dāng)有人在紅外傳感器旁出現(xiàn)時，MP3就會自動播放事先存放的音樂。

圖7為游客稀少情況下景點智能語音導(dǎo)游器工作時序圖。第一個人出現(xiàn)時，MP3模塊開始播放語音，播放一曲即停止，直到第二個人出現(xiàn)時又開始播放下一曲。因此，若要實現(xiàn)語音導(dǎo)游的定點循環(huán)播放，需要在U盤里存儲多個相同的語音導(dǎo)游詞，但它們的名稱不同。

圖8為游客密集情況下景點智能語音導(dǎo)游器工作時序圖。第一個人出現(xiàn)時，MP3模塊開始播放語音，在這首音樂還沒有播放完畢之前，第二人出現(xiàn)，觸發(fā)MP3模塊播放下一曲。

圖7 游客稀少情況下景點智能語音導(dǎo)游器工作時序圖

圖8 游客密集情況下景點智能語音導(dǎo)游器工作時序圖

本設(shè)計產(chǎn)品小巧輕便，方便安裝在景點入口位置，只要游客進(jìn)入景點，就會自動循環(huán)播放導(dǎo)游詞，從而實現(xiàn)景點的智能語音導(dǎo)游。初步試驗證明，本產(chǎn)品工作性能良好，可適用于中小型旅游景點、游樂場和博物館等場合的智能語音導(dǎo)游。本項目采用AT89C2051單片機(jī)作為微控制器，設(shè)計了智能語音導(dǎo)游器。由于采用了USB接口的MP3語音模塊可以很方便地從網(wǎng)上下載各種MP3格式的導(dǎo)游詞，這樣就可以在每個景點聽到有音樂伴奏的該景點的歷史典故傳說，享用這種時尚的智能語音導(dǎo)游系統(tǒng)的服務(wù)，這將使我國傳統(tǒng)旅游業(yè)手持電喇叭的導(dǎo)游講解方式成為歷史。

把本設(shè)計應(yīng)用到景點時，必須接220 V的市電進(jìn)行供電，那么本文中的供電電路必須修改，將12 V穩(wěn)壓電源替換為220 V交流電經(jīng)變壓器降壓和橋式整流后再接到三端集成穩(wěn)壓器上。另外還要考慮本產(chǎn)品外殼的包裝設(shè)計。

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