基于單片機(jī)的路考語(yǔ)音提示系統(tǒng)

雷 波，楊賢昭 ，張焱魁 ，黨 景，楊國(guó)瑞

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基于單片機(jī)的路考語(yǔ)音提示系統(tǒng)

雷 波，楊賢昭 ，張焱魁 ，黨 景，楊國(guó)瑞

（武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院， 武漢 430081）

駕校教練在指導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)必須自己反復(fù)喊出指令，這在一定程度上加大了教練員的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)，由于一些教練普通話發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)也給學(xué)員帶來(lái)了困擾。針對(duì)這種情況，本文以STC89C52RC 單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一套語(yǔ)音提示系統(tǒng)，將考試所需的提示語(yǔ)音存儲(chǔ)在語(yǔ)音模塊中，教練員根據(jù)路面情況按下相應(yīng)的按鍵，系統(tǒng)就會(huì)播放語(yǔ)音指令，學(xué)員根據(jù)語(yǔ)音指令完成相關(guān)操作,可以大大減輕教練的工作量。

路考 單片機(jī) 語(yǔ)音提示 NV020S

0 引言

現(xiàn)在參加駕校考試的人越來(lái)越多，交管部門對(duì)駕駛員考試的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，如何用現(xiàn)在的科技手段提高教練員的教學(xué)水平，以及提高學(xué)員考試的通過(guò)率便成了一些駕校要考慮的重要問(wèn)題。訓(xùn)練時(shí)教練需要反復(fù)喊出指令，教練員的工作強(qiáng)度大，另外一些教練員發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)員聽(tīng)不懂教練的指令。針對(duì)這種情況，開(kāi)發(fā)一套車載語(yǔ)音提示系統(tǒng)顯得尤為重要。

語(yǔ)音提示系統(tǒng)主要針對(duì)科目三考試，方便教練教學(xué)的同時(shí)，也給學(xué)員練車帶來(lái)了很大的方便。在學(xué)員參加科目三考試時(shí)，考官一般坐在副駕駛上，根據(jù)路上的交通情況，按下考試系統(tǒng)上的相應(yīng)提示按鈕，系統(tǒng)就會(huì)播放相應(yīng)的語(yǔ)音指令，學(xué)員在聽(tīng)到這些指令時(shí)，做出相關(guān)操作，考試系統(tǒng)再記錄下操作過(guò)程并判斷分?jǐn)?shù)。語(yǔ)音提示系統(tǒng)和考試系統(tǒng)相類似，這樣學(xué)員在平時(shí)練習(xí)時(shí)就能感受到和考場(chǎng)一樣的氛圍。這在很大程度上提高了學(xué)員練車的質(zhì)量。而且，由于國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品并不多見(jiàn)，且成本不高，所以具有很大商業(yè)價(jià)值。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、輸入單元、語(yǔ)音存儲(chǔ)處理單元、信號(hào)放大播放單元四個(gè)主要單元組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示：

控制單元以單片機(jī)為核心，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自鍵盤的輸入信息，并根據(jù)輸入指令來(lái)判斷并控制語(yǔ)音芯片發(fā)出聲音[1]。輸入單元單元主要由矩陣按鍵組成，接收用戶發(fā)出的指令。語(yǔ)音存儲(chǔ)處理單元由語(yǔ)音存儲(chǔ)播放芯片構(gòu)成，用來(lái)處理漢字或者語(yǔ)音的錄入及漢字到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換功能。語(yǔ)音可以由電腦錄制或者直接由上位機(jī)軟件將文本文檔轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音文件，再下載到語(yǔ)音芯片的FLASH中。信號(hào)放大播放單元完成語(yǔ)音處理模塊輸出的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大并通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái)，按下一個(gè)按鍵，系統(tǒng)播放一段語(yǔ)音，而且語(yǔ)音提示器的音質(zhì)好，功能強(qiáng)，使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單[2]。

1.1系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體電路圖包括系統(tǒng)供電電路、矩陣按鍵電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及語(yǔ)音模塊電路，其整體硬件電路如圖2所示[3]。

1.2系統(tǒng)主控部分

系統(tǒng)的核心即主要控制單元由一塊STC89C52RC單片機(jī)組成。它的主要任務(wù)有兩個(gè)，一是對(duì)鍵盤進(jìn)行實(shí)時(shí)的掃描，以檢測(cè)是否有按鍵按下，以及判斷所按的是什么鍵。二是當(dāng)檢查到按鍵之后，和語(yǔ)音芯片模塊進(jìn)行通信，以告知語(yǔ)音模塊需要播放那一段語(yǔ)音。當(dāng)系統(tǒng)正在播放一段語(yǔ)音時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)返回一個(gè)BUSY信號(hào)給單片機(jī)，此時(shí)若有鍵按下，單片機(jī)將發(fā)出信號(hào)給語(yǔ)音芯片，停止正在播放的語(yǔ)音，播放最新按鍵對(duì)應(yīng)的一段語(yǔ)音。

1.3語(yǔ)音處理模塊

語(yǔ)音處理模塊NV020S是一款具有高速DSP 內(nèi)核的語(yǔ)音芯片,具有高音質(zhì)的語(yǔ)音播放、多功能多領(lǐng)域的應(yīng)用范圍、靈活的語(yǔ)音容量擴(kuò)充方式。其控制方式有按鍵觸發(fā)方式（包含10種按鍵觸發(fā)模組），單線串口觸發(fā)、雙線串口觸發(fā)、三線串口觸發(fā)、并口觸發(fā)等。可以播放6K-32K采樣率的聲音，16位的DAC 輸出、內(nèi)置噪聲濾除器可以讓聲音得到完美的展現(xiàn)，音質(zhì)不亞于MP3音質(zhì)。語(yǔ)音控制地址多達(dá)1024個(gè)地址，每個(gè)地址可以組合存放多達(dá)3328個(gè)語(yǔ)音組合文件。NV020S系列可根據(jù)語(yǔ)音時(shí)長(zhǎng)不同靈活配置外掛FLASH大小，支持1Mbit-128Mbit的SPI存儲(chǔ)器，語(yǔ)音時(shí)長(zhǎng)可以達(dá)到一小時(shí)以上。NV020S具有與之配套的PC端軟件以及下載器，可以輕松下載更換語(yǔ)音及功能。

1.4系統(tǒng)供電電路

STC89C52RC單片機(jī)的工作電壓為5 V,而NV020S語(yǔ)音模塊的工作電壓是3.3 V。本系統(tǒng)是應(yīng)用在教練車上，車載電源是12 V。所以需要兩個(gè)穩(wěn)壓電路將12V轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5 V和3.3 V。

其中12 V轉(zhuǎn)換成5 V選用7805，7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝是T0-22，輸入端接12 V電源，輸出為5 V。將7805接入電路時(shí)，需要在輸入端和輸出端各接一個(gè)電容，這樣輸出電壓會(huì)更加穩(wěn)定，12 V到5 V電壓轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

5 V轉(zhuǎn)3.3 V的電路選用LM1117芯片。LM1117是一款正電壓輸出型的三端線性穩(wěn)壓電路，在1A輸出電流下壓降為1.2 V。在設(shè)計(jì)電路時(shí)為了減小LM1117上的壓降，采用先將12 V電壓轉(zhuǎn)為5 V,再將5 V通過(guò)LM1117轉(zhuǎn)換成3.3 V電壓。其轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

1.5鍵盤電路

系統(tǒng)的鍵盤輸入部分由16個(gè)按鍵構(gòu)成4*4矩陣鍵盤，每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一段提示語(yǔ)音。其原理圖如圖5所示。

矩陣的行通過(guò)J1接到單片機(jī)的P2.0到P2.3，矩陣的列接到P2.4到P2.7。在編程序時(shí)，將4個(gè)列輸出高點(diǎn)平，4個(gè)行輸出低電平。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的列就會(huì)被拉低。這樣就確定了按鍵的列數(shù)，然后在逐行掃描被按下的按鍵在那一行，用這樣的方法就能得到所按下的是哪一個(gè)按鍵，并確定播放那一段語(yǔ)音。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、延時(shí)子程序、按鍵掃描子程序、語(yǔ)音播放子程序等4大模塊組成。STC89C52RC單片機(jī)可以采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，因?yàn)镃語(yǔ)言相較于匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單，修改方便，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、移植。編譯器采用KeilC51。

在系統(tǒng)工作時(shí)，主程序調(diào)用按鍵判別子程序，判斷是否有按鍵按下。當(dāng)按下一個(gè)鍵之后，程序進(jìn)入鍵盤掃描程序，以讀取所按下的值，然后主程序調(diào)用語(yǔ)音播放子程序，播放對(duì)應(yīng)的指令語(yǔ)音。程序流程圖如圖6所示。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)源于日常生活，為了解決生活中遇到的問(wèn)題設(shè)計(jì)了基于STC89C52RC單片機(jī)的駕駛員語(yǔ)音提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、輸入單元、語(yǔ)音存儲(chǔ)處理單元、信號(hào)放大播放單元四個(gè)主要單元組成。在駕駛員學(xué)習(xí)過(guò)程中，教練只需要根據(jù)路況按下相應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音指令提示，這樣會(huì)大大減輕教練員的工作量,系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

[1] 李群芳，肖看．單片微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)(第四版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[2] Mark1 Montrose. Printed circuit board design techniques for EMC compliance. IEE Press series, 2000.

[3] 鄭雪嬌，焦鍵. 基于TMS320C5509DSP的語(yǔ)音處理系統(tǒng)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì). 安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2014, (5):22-25.

Voice Prompt System of Road Examination Based on Single Chip Microcomputer

Lei Bo, Yang Xianzhao, Zhang Yankui, Dang Jing, Yang Guorui

(College of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

Driving coaches have to be repeatedly shouted in guiding students related operations, which increases the workload of the coaches to a certain extent. At the same time, because the pronunciation of some coaches is not standard, it also brings students into trouble. In view of this situation, this paper takes the STC89C52RC microcontroller as the core and designs a set of voice prompts system. The prompt voices are stored in the voice module, and the coach presses the button to play the command voice according to the road conditions, and the students complete the related operations based on command voice, it greatly reduce the workload of the coach.

road examination; single chip microcomputer; voice prompt; NV020S

TP249

A

1003-4862（2016）03-0057-03

2015-11-09

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助（201210488066）

雷波（1989-）, 男，本科。研究方向：電子信息工程。