WT588D在汽車遠程防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用

徐娟娟，趙建平

(曲阜師范大學 物理工程學院，山東 曲阜 273165)

0 引言

近幾年，盜車團伙、汽車偷盜案件越來越多，給人們帶來巨大的經(jīng)濟損失。市面上隨之出現(xiàn)了各種各樣的汽車防盜器，語音提醒應(yīng)用在汽車遠程防盜系統(tǒng)上充分體現(xiàn)了產(chǎn)品的人性化。語音芯片U6295已經(jīng)形成了一定的市場規(guī)模，但編程和應(yīng)用方面較為復(fù)雜，尋找這一芯片的替代品已經(jīng)迫在眉睫。廣州唯創(chuàng)電子開發(fā)的WT588D語音模塊在硬件上兼容U6295語音芯片產(chǎn)品，使用電壓范圍廣，體積小，靜態(tài)電流低，外圍電路簡潔，有更大的應(yīng)用價值。

防盜系統(tǒng)控制器采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103R8T6單片機，其功能強大，實時性好。系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能:如果有異常情況(車劇烈震動、車門或者前后備箱被非法打開、有人進入車內(nèi))發(fā)生時，汽車在聲光報警的同時進行相應(yīng)的語音提醒，并發(fā)送短信告知車主;如果有人盜車，車主可以通過手機發(fā)送指令讓汽車斷油斷電。語音模塊中可以錄入自己或者家人的語言，這樣聽起來更加形象逼真。

1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

1.1 汽車遠程防盜系統(tǒng)總體框架

汽車遠程防盜系統(tǒng)主要包括單片機最小系統(tǒng)、信息采集模塊、語音模塊、GSM模塊、控制電路和電源模塊幾個部分。一旦有偷盜汽車的行為，多路傳感器(紅外線傳感器、震動傳感器、薄型壓力開關(guān))采集到信號，送入到STM32F103R8T6。單片機根據(jù)送入的信號，啟動語音模塊進行語音提醒[1]，并將信息通過GSM模塊發(fā)送到車主手機。單片機如果接收到車主發(fā)送的斷油斷電指令，則啟動控制模塊進行斷油斷電。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1.2 STM32F103R8T6單片機系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)由STM32F103R8T6單片機，晶振，JTAG接口和復(fù)位電 路 組 成。STM32F103R8T6增強型單片機使用高性能的ARM Cortex－M3，32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz，內(nèi)置64 K字節(jié)的閃存和20 K字節(jié)的 SRAM，64個增強 IO端口，3個通用16位定時器。多達兩個 I2C和 SPI、3個 USART，方便GSM模塊和GPS模塊的接入。STM32F103R8T6采用64管腳的LQFP封裝，供電電壓在2.0 V到3.6 V，省電模式保證低功耗的要求，性價比高。單片機采用8 MHz和32.768 KHz的外部晶振，復(fù)位電路設(shè)計成按鍵復(fù)位和上電自動復(fù)位的方式。電路圖如圖2所示。

圖1 防盜系統(tǒng)總體框圖

1.3 WT588D語音模塊

WT588D語音模塊采用WT588D－20SS作為核心控制電路，內(nèi)部包含WT588D－20SS外圍所需的SPI－FLASH、震蕩電路、復(fù)位電路。支持2M－32Mbit的SPI－Flash存儲器，系統(tǒng)語音提醒有DAC/PWM兩種輸出方式，PWM輸出可直接推動0.5 W/8 Ω揚聲器，推挽電流充沛。模塊可設(shè)置為按鍵控制模式、一線串口控制模式或者三線串口控制模式，外圍電路簡單。完全支持6～20 kHz的音頻加載[2]，并且可以將加載的音頻音質(zhì)完整無損的播放出來，對于同樣容量的存儲器，采樣率越大，錄音時間越短。語音模塊的內(nèi)部電路如圖3所示。

圖2 單片機最小系統(tǒng)硬件電路

圖3 WT588D模塊內(nèi)部電路圖

本系統(tǒng)選用容量為32 Mbit存儲器容量的語音模塊，用8 kHz(音頻常用的采樣率)采樣時，錄音時間長達790 s，滿足語音提醒的要求。報警系統(tǒng)中，語音提醒需要較高分貝，為了驅(qū)動大功率的揚聲器，輸出用DAC接功放的形式，電路圖如圖4所示，R21和C18并聯(lián)到地接功放。功率放大器選用TDA2030，額定功率達14 W，價格實惠，應(yīng)用廣泛。語音模塊與單片機的連接采用三線串口控制模式，和標準的四線SPI不同，WT588D只接收單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)、指令和時鐘信號，而不需要發(fā)送數(shù)據(jù)。在這種三線串口模式下，P01為 DATA數(shù)據(jù)口，P02為片選 CS，P03為 CLK時鐘，分別與單片機的 SPI1_MOSI、SPI1_NSS、SPI1_SCK連接。WT588D語音模塊占用單片機的一個SPI端口，豐富的其他端口可以控制其他外設(shè)。模塊供電電壓2.8 V－3.6 V，選用3.3 V，此時，短接VCC和VDD。BUSY忙信號輸出端，當輸出低電平時，發(fā)光二極管亮，此時為放音狀態(tài)。WT588D模塊應(yīng)用范圍廣，幾乎可以涉及到所有的語音場所，如報站器、報警器、鬧鐘、智能家

電等各種自動控制場所，工藝上達到工業(yè)應(yīng)用的要求。

圖4 WT588D的外圍電路圖

1.4 信息采集模塊和GSM模塊

信息采集部分采用6路薄型壓力開關(guān)采集車門和前后備箱的狀態(tài)分別送入單片機的PC0～PC3、PA0和PA1口。用振動傳感器來感知車是否發(fā)生了劇烈震動，若有異常情況，震動傳感器輸出低電平信號，送入單片機PC5口。將采集的信息傳入單片機進行處理。若有人進入了車內(nèi)，紅外線傳感器能夠檢測到這一信息，經(jīng)過處理，送進單片機PB0管腳。

GSM模塊選用華為的EM310，EM310 GSM支持串行接口，通過UART接口與外界進行串行通信，和 STM32F103單片機的RXD0和TXD0連接，AT指令輸入［3］。UART支持可編程的數(shù)據(jù)寬度、可編程的數(shù)據(jù)停止位、可編程的奇偶校驗或者沒有校驗。最高支持115.2 kbit/s波特率，最低支持 300 bit/s的波特率，默認支持9 600 bit/s的速率，支持波特率掉電保存。GSM模塊有標準的SIM卡接口(3 V，1.8 V)，GSM 模塊連接電路圖如圖5。

圖5 GSM模塊的連接框圖

1.5 汽車斷油控制電路和系統(tǒng)電源模塊

系統(tǒng)檢測到異常情況，由單片機處理后，通過 GSM模塊發(fā)送到車主手機，車主發(fā)送指令控制汽車發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)了被盜。在汽油噴射系統(tǒng)的電源線上加裝常閉型汽車斷電繼電器，控制汽油噴射系統(tǒng)的供電電源[4]。電路圖如圖6所示，R43、R44起到限流的作用，當 CONT2為高電平時，Q5導(dǎo)通，繼電器打開，從而實現(xiàn)了斷油斷電。正常情況下，CONT2輸出低電平，Q5截止，繼電器閉合，汽車可以供油供電。繼電器線圈由導(dǎo)通變截止時，會感生出較大的自感電動勢，容易擊穿三極管，因此在繼電器兩端反向并聯(lián)二極管IN4007，吸收該電動勢，保護三極管。

汽車由發(fā)動機供電，供電電壓為12 V，單片機、語音模塊和GSM模塊所需電壓為3.3 V，需要設(shè)計由12 V電壓轉(zhuǎn)為3.3 V的電源電路，選用LM2596固定輸出穩(wěn)壓芯片，輸出電流達3 A，滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，電源電路設(shè)計可參考LM2596數(shù)據(jù)手冊。

圖6 控制斷油電路

2 軟件設(shè)計

防盜系統(tǒng)中的軟件部分主要包括單片機初始化、對GSM模塊的控制、繼電器的驅(qū)動和語音模塊的控制幾個部分，此處介紹語音模塊的軟件設(shè)計。

表1 語音文件在WT588D模塊中對應(yīng)的地址

圖7 控制時序圖

首先，將語音寫進語音模塊。在電腦上的WT588D VioceChip軟件上新建一個工程文檔，在工程文檔里加載語音提醒語句，WT588D語音模塊有220個可控地址位，每個地址加載一段語音，如果想重復(fù)播放可以加載兩遍同樣的語音，也可以通過編寫程序設(shè)置重復(fù)播放。表1是部分語音文件對應(yīng)在語音模塊中的地址。把軟件上相應(yīng)的選項設(shè)置為三線串口控制方式，DAC音頻輸出，BUSY端設(shè)置為高(無語音播放時BUSY為高，發(fā)光二極管不亮)。然后將裝有語音的工程文檔編譯成 BIN文件后，使用WT588D Mini Download下載器，通過USB數(shù)據(jù)線，將工程信息下載到WT588D模塊中。

然后，由程序控制單片機發(fā)送地址數(shù)據(jù)。按照SPI通信標準，復(fù)位信號在發(fā)碼前先拉低5 ms，然后拉高等待17 ms，工作時RESET一直高電平。片選信號CS拉低5 ms以喚醒WT588D語音芯片。單片機從EEPROM中讀取要發(fā)送數(shù)據(jù)的地址送到語音芯片。語音模塊接收數(shù)據(jù)低位在先，上升沿觸發(fā)。時鐘周期為 300 us。數(shù)據(jù)成功接收后，語音播放忙信號BUSY輸出在1 ms后做出響應(yīng)。

00H～DBH為地址指令，D0～D7表示一個地址。比如有人打開了車門，單片機檢測到這一信息后，就把第2段語音的地址00000001發(fā)送到語音芯片，00000001即對應(yīng)時序圖中的D0～D7。接收到語音地址，語音芯片就可以進行相應(yīng)的語音提醒。另外，E0H～E7H為音量調(diào)節(jié)命令，F(xiàn)2H為循環(huán)播放命令，F(xiàn)EH為停止播放命令?？刂茣r序圖如圖7所示。

使用IAR MDK軟件編寫程序，控制器根據(jù)檢測到的情況向語音芯片發(fā)送地址數(shù)據(jù)。單片機控制語音模塊的程序流程如圖8所示。

圖8 單片機控制語音模塊的程序流程圖

3 結(jié)束語

在實驗室環(huán)境下測試，以按鍵代替異常情況發(fā)生。系統(tǒng)在檢測到有不同按鍵按下時，能夠準確實時的進行語音提醒，并且能夠?qū)⑦@一情況發(fā)送到用戶手機，使整個防盜系統(tǒng)更加人性化、智能化。

[1]余皓，蘇全.語音控制機器人的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電氣自動化，2007，29(5):129－131.

[2]李琳，王茂海.基于AT89C2051單片機和WT588D－U語音模塊的語音報價系統(tǒng)設(shè)計[J].科技信息，2011，28(15):525 －526.

[3]劉成巖，孫晶華.EM310無線模塊與PIC單片機的接口設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011，11(9):46－48.

[4]尹東至.基于GSM/GPS的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計[D].武漢.武漢理工大學.2007.