基于SYN6288的車(chē)速語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭克友，陳雪潔，紀(jì) 彬

（北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京 100048）

基于SYN6288的車(chē)速語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭克友，陳雪潔，紀(jì) 彬

（北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院，北京 100048）

詳細(xì)介紹了一種基于SYN6288實(shí)時(shí)語(yǔ)音播報(bào)、帶有LCD液晶顯示功能的車(chē)速播報(bào)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用霍爾傳感器對(duì)車(chē)速進(jìn)行采集，通過(guò)STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行控制，LCD1602顯示車(chē)速，采用SYN6288中文語(yǔ)音合成芯片將車(chē)速合成為語(yǔ)音，最后通過(guò)功率放大器將語(yǔ)音進(jìn)行放大，并通過(guò)喇叭將語(yǔ)音輸出。該系統(tǒng)運(yùn)用在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試車(chē)輛上，實(shí)現(xiàn)了車(chē)速的實(shí)時(shí)播報(bào)功能。測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，播報(bào)效果良好。

語(yǔ)音播報(bào)；車(chē)速；數(shù)字電路；SYN6288

語(yǔ)音合成技術(shù)在電信、交通運(yùn)輸以及銀行等領(lǐng)域的語(yǔ)音廣播中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著語(yǔ)音與信號(hào)處理技術(shù)的迅速發(fā)展，語(yǔ)音播報(bào)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)得到了充分的展示［1］。在我國(guó)，語(yǔ)音合成技術(shù)的研究已逐步從理論向研制開(kāi)發(fā)方面發(fā)展，國(guó)內(nèi)許多單位紛紛開(kāi)始研制中文系統(tǒng)，并已進(jìn)入實(shí)用階段，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，技術(shù)也日趨成熟。目前，在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，具有代表性的語(yǔ)音芯片有：科大訊飛的XF－S4240芯片和XF－S4041CN芯片、宇音天下的SYN6288芯片［2］。本系統(tǒng)采用宇音天下的SYN6288芯片。

現(xiàn)在越來(lái)越講究人性化的設(shè)計(jì)，為了提高駕駛者的安全性，進(jìn)行速度播報(bào)具有實(shí)際意義。為提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以及測(cè)試設(shè)備的智能化控制程度，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試車(chē)輛上裝上了車(chē)速語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。這樣不但能夠有效地測(cè)試到駕駛速度，還能及時(shí)地播報(bào)給駕駛者與乘坐者，既能提醒駕駛者行車(chē)狀況，保證人車(chē)安全，又能讓駕駛者較清楚地了解油耗情況，更加注意安排車(chē)速的變化，既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，又節(jié)能減排。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)SYN6288中文語(yǔ)音合成芯片實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播報(bào)，其硬件組成主要包括測(cè)速、按鍵掃描、顯示模塊、合 成 模 塊、功 放 模 塊 5 部 分。系 統(tǒng) 以STC89C52RC為主控芯片，通過(guò)串口與語(yǔ)音芯片進(jìn)行通信，采用SYN6288中文語(yǔ)音合成芯片來(lái)合成語(yǔ)音。語(yǔ)音芯片輸出的音頻信號(hào)經(jīng)SNAP001功放集成電路放大后由喇叭輸出。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)通過(guò)霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)速信號(hào)，再通過(guò)外部中斷引腳將轉(zhuǎn)速信號(hào)傳送到單片機(jī)STC89C52RC中，通過(guò)采集按鍵信號(hào)，將命令送入到STC89C52RC單片機(jī)中處理，并將輸入的按鍵控制命令顯示在LCD1602顯示屏中，同時(shí)將采集到的轉(zhuǎn)速通過(guò)串口通信的方式，傳送到SYN6288芯片中進(jìn)行合成，并通過(guò)功率放大電路將聲音進(jìn)行放大，由喇叭播報(bào)出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了速度的語(yǔ)音播報(bào)功能。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 主芯片的選擇

本系統(tǒng)選用STC89C52RC作為主芯片。STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器［3－4］。STC89C52RC單片機(jī)雖然和DSP、ARM相比，處理速度和運(yùn)算速度都比較慢，但它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜，容易獲取，它可以滿(mǎn)足本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。

2.2 語(yǔ)音芯片的選擇

語(yǔ)音合成，即TTS（Text To Speech）技術(shù)，能將任意文字信息實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)流暢的自然語(yǔ)音并朗讀出來(lái)［5－6］。SYN6288是一款中文語(yǔ)音合成芯片，通過(guò)異步串口（UART）通信方式，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后可以得到標(biāo)準(zhǔn)流暢的自然語(yǔ)音［7］。SYN6288應(yīng)用范圍廣泛，主要應(yīng)用有公交報(bào)站、考勤機(jī)、排隊(duì)叫號(hào)、短信息播放、新聞播放、語(yǔ)音電子書(shū)等，它在車(chē)載信息終端語(yǔ)音播報(bào)、車(chē)載信息調(diào)度、車(chē)載導(dǎo)航領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用［8］。

與傳統(tǒng)的語(yǔ)音芯片相比，SYN6288支持英文字母的合成，遇到英文字母單詞時(shí)按字母方式發(fā)音。同時(shí)該芯片無(wú)需錄音，且能夠滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和靈活性的要求，具有智能的文本分析處理算法，可正確識(shí)別數(shù)值、號(hào)碼、時(shí)間日期及常用的度量衡符號(hào)，滿(mǎn)足本系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)字報(bào)速的設(shè)計(jì)要求。

2.3 系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)

車(chē)載電源提供12V電壓，而系統(tǒng)中各個(gè)模塊的工作電壓均為5V，因此采用LM2576D2T－5芯片將12 V輸入電壓轉(zhuǎn)化為5V的輸出電壓，供系統(tǒng)內(nèi)各控制單元使用［9］。系統(tǒng)車(chē)載12V電源轉(zhuǎn)換為5V電路如圖2所示。

圖2 車(chē)載12V電源轉(zhuǎn)換為5V電路

2.4 測(cè)速模塊設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速的測(cè)量實(shí)際上是對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的周期脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量。在頻率的工程測(cè)量中，電子式定時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)量頻率的方法一般有3種：測(cè)頻率法、測(cè)周期法、多周期測(cè)頻法。本系統(tǒng)采用的是測(cè)頻法，即在一定時(shí)間間隔t內(nèi)，計(jì)數(shù)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)變化次數(shù)N，則被測(cè)信號(hào)的頻率f可表示為f＝Nt。

系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器采集速度信號(hào)，具有頻率響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)［10］。霍爾傳感器是對(duì)磁敏感的傳感元件，其機(jī)械結(jié)構(gòu)也可以做得較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開(kāi)關(guān)靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)1周，獲得多個(gè)脈沖輸出。霍爾傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后，通過(guò)單片機(jī)對(duì)連續(xù)脈沖記數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)控，并且充分利用了單片機(jī)的內(nèi)部資源，有很高的性?xún)r(jià)比。

2.5 語(yǔ)音合成模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用SYN6288中文語(yǔ)音合成芯片進(jìn)行語(yǔ)音合成。該芯片具有電路簡(jiǎn)潔、性能可靠、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)［11］。

上位機(jī)是以命令幀的格式向SYN6288發(fā)送命令。SYN6288芯片根據(jù)命令幀進(jìn)行相應(yīng)操作，并向上位機(jī)返回命令操作結(jié)果。SYN6288在正常工作模式時(shí)，BUSY指示芯片工作狀態(tài)。在語(yǔ)音合成或發(fā)生過(guò)程中，BUSY輸出高電平，指示在工作中；合成結(jié)束時(shí)，BUSY輸出低電平，向上位機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求，指示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。

當(dāng)檢測(cè)到速度之后，單片機(jī)通過(guò)串口與語(yǔ)音合成模塊進(jìn)行通信，將速度的值送到合成模塊內(nèi)，合成模塊將得到的速度值進(jìn)行語(yǔ)音轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程中有一狀態(tài)判斷位進(jìn)行忙閑檢測(cè)，只有空閑的時(shí)候才能進(jìn)行合成。本系統(tǒng)中將SYN6288語(yǔ)音合成模塊的UART＿TxD引腳、UART＿RxD引腳分別與STC89C52單片機(jī)的RxD、TxD引腳相連接。電源引腳與5V輸出電源引腳相連，GND引腳共地，外接一個(gè)LED顯示燈，指示連接狀態(tài)［12］。語(yǔ)音合成模塊電路如圖3所示。

圖3 語(yǔ)音合成模塊電路

2.6 功放電路設(shè)計(jì)

SYN6288芯片有2個(gè)引腳BP0和BN0可以直接接喇叭進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，但經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在嘈雜的環(huán)境下，聲音太小，無(wú)法聽(tīng)清，為此加入功放電路，將聲音進(jìn)行放大，這樣不但音量增大，同時(shí)可以節(jié)省MCU寶貴的I/O口。如圖4所示的功放電路，直接將BUSY狀態(tài)位與SNAP001的片選引腳CE相接。

圖4 功放電路設(shè)計(jì)

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括測(cè)速模塊軟件設(shè)計(jì)、顯示模塊軟件設(shè)計(jì)和語(yǔ)音播報(bào)軟件設(shè)計(jì)。本節(jié)主要講述測(cè)速模塊和語(yǔ)音合成模塊的軟件設(shè)計(jì)。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.1 測(cè)速模塊軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速采用霍爾傳感器進(jìn)行采集，通過(guò)外部中斷引腳輸入到單片機(jī)，初始化時(shí)設(shè)置為邊沿觸發(fā)方式，每到一個(gè)下降沿，脈沖數(shù)加1。通過(guò)定時(shí)器0進(jìn)行定時(shí)，每50ms中斷1次，當(dāng)定時(shí)達(dá)到1s時(shí)，將得到的脈沖數(shù)進(jìn)行處理，求出各個(gè)位上的數(shù)值，存放到數(shù)組中。測(cè)速模塊軟件設(shè)計(jì)主流程圖如圖6所示。

圖6 測(cè)速模塊軟件設(shè)計(jì)主流程圖

3.2 語(yǔ)音播報(bào)模塊軟件設(shè)計(jì)

SYN6288芯片支持以下命令幀格式：“幀頭FD＋數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度＋數(shù)據(jù)區(qū)”格式（最大206個(gè)字節(jié)）。上位機(jī)發(fā)送給SYN6288芯片的所有命令和數(shù)據(jù)都需要用“幀”的方式進(jìn)行封裝后傳輸。

本系統(tǒng)中當(dāng)按下語(yǔ)音播報(bào)按鍵時(shí)，就將速度值按位存放到待播報(bào)的數(shù)組中，SYN6288將數(shù)組中的文本合成語(yǔ)音，經(jīng)過(guò)功率放大器的放大，再由喇叭進(jìn)行播報(bào)。語(yǔ)音合成播報(bào)軟件流程圖如圖7和圖8所示。

圖7 播報(bào)子程序流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

圖8 語(yǔ)音播報(bào)主流程圖

本文介紹了車(chē)速語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試車(chē)輛上完成了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于SYN6288語(yǔ)音合成芯片的車(chē)速語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，可以完成車(chē)速播報(bào)的功能。系統(tǒng)采用國(guó)際領(lǐng)先的語(yǔ)音合成技術(shù)為用戶(hù)提出了智能語(yǔ)音播報(bào)的解決方案，不僅降低了建設(shè)成本，而且提高了服務(wù)效率，適用廣泛，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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Design of voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288

Guo Keyou，Chen Xuejie，Ji Bin
（School of Material and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

This paper describes a real time voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288，which includes the function of LCD liquid crystal display.The system adopts Hall sensor to gather the car’s speed.Through the control of the microcontroller STC89C52and using the LCD1602liquid crystal to display the gathered speed，the SYN6288Chinese speech synthesis chip can transform the value of the speed into pronunciation.Finally，by using apower amplifier to amplify the pronunciation，the speaker can output the pronunciation loudly.This system is applied to the laboratory test vehicles and achieves the function of real time broadcasting for the car’s speed.The test results show that the system is stable，and the effect of the control is good.

voice broadcast；car’s speed；digital circuit；SYN6288

TP391.42

A

1002－4956（2014）1－0087－04

2013－05－26

交通運(yùn)輸部信息化科技項(xiàng)目（2012－364－835－110）

郭克友（1975—），男，黑龍江齊齊哈爾，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榘踩o助駕駛.

E－mail：guoky＠th.btbu.edu.cn

虛擬仿真技術(shù)探索與實(shí)踐