基于DSP的導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計

李增祥 韓淑芹 袁海

摘要：為了解決旅游景區(qū)存在游客在集體出游安排時自主性不強，部分導(dǎo)游在景點解說質(zhì)量不高等問題，設(shè)計了一種DSP和GPS的自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用GPS定位游客，智能檢測游客是否處于景區(qū)周圍，調(diào)用講解文件進行講解。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用 TMS320VC5509A芯片作為核心處理器，并搭建硬件平臺，軟件設(shè)計中采用文件系統(tǒng)進行管理，實現(xiàn)可靠定位。

關(guān)鍵詞：DSP；乒乓緩沖；定位

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）29-0242-02

為了改善旅游服務(wù)質(zhì)量、使旅游設(shè)施和服務(wù)滿足人們需求，目前各旅游景點普遍采用觸摸屏式作為多媒體查詢終端[1]，該終端實現(xiàn)成本高，不是針對游客單獨設(shè)置，不能滿足游客觀賞的需求；另外還有利用無線電技術(shù)在景區(qū)安裝感應(yīng)裝置來獲取景點標識的想法[2]，如利用射頻感應(yīng)技術(shù) （Radio Frequency Identification，RFID）的電子導(dǎo)游系統(tǒng)[3]，這種技術(shù)需要對每個景點都要安裝感應(yīng)裝置，面對景區(qū)環(huán)境不太適合安裝的情況，就會提高成本。本項目就是在此背景下提出的，充分利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有全球、全天候、全天時的優(yōu)勢和數(shù)字信號處理器件小型化的趨勢，開發(fā)基于DSP的自助語音導(dǎo)游演示系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)開發(fā)流程

自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計是一個相對復(fù)雜的過程，它涉及硬件和軟件兩方面，對于一個基于微處理器的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程，其實就是一個對系統(tǒng)不斷修改、不斷完善的軟、硬件協(xié)同的設(shè)計過程。

系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)流程大致可以分成系統(tǒng)需求分析、整體設(shè)計構(gòu)想、器件造型、軟/硬件設(shè)計、軟/硬件調(diào)試、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試等幾個部分[4] ，其自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)流程如圖1所示：

系統(tǒng)需求分析主要是明確系統(tǒng)設(shè)計的目標和確定相關(guān)的技術(shù)指標，并將其轉(zhuǎn)化為軟/硬件的構(gòu)思設(shè)計；整體設(shè)計構(gòu)想主要是基于系統(tǒng)需求，分析系統(tǒng)功能實現(xiàn)的可行性；器件造型主要是根據(jù)系統(tǒng)功能實現(xiàn)、內(nèi)存需求、成本限制、設(shè)計簡單、體積和功耗等幾個方面來選擇合適的芯片去完成后續(xù)的硬件設(shè)計，硬件設(shè)計是指按照整體設(shè)計構(gòu)想并結(jié)合所選器件的兼容性，從硬件平臺的設(shè)計上保證其性能實現(xiàn)的可行性，軟件設(shè)計是遵循整體設(shè)計構(gòu)想并結(jié)合硬件平臺，選用良好的開發(fā)環(huán)境和編程語言，將系統(tǒng)按著功能進行模塊化開發(fā)設(shè)計。

系統(tǒng)調(diào)試大約分為三個部分：獨立硬件調(diào)試、獨立軟件模塊調(diào)試以及系統(tǒng)軟/硬件聯(lián)合調(diào)試，其中， 獨立硬件調(diào)試主要保證焊接是否正確，有無短、斷路的情況， 獨立軟件模塊調(diào)試一般借助于處理器開發(fā)工具如開發(fā)環(huán)境、軟件模擬器、處理器仿真器等進行在線調(diào)試，確保編寫的軟件正確，系統(tǒng)軟/硬件聯(lián)合調(diào)試，將軟件燒制到處理器的ROM中，脫離開發(fā)環(huán)境進行功能測試，通過不斷修改，最終達到良好的效果。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 微處理器和音頻編解碼芯片的選型

綜合考慮DSP系列的芯片，選擇了C5000系列中的TMS320VC5509A作為系統(tǒng)的核心芯片。支持匯編與C語言兩種編程語言，其內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)采用了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，是16位定點運算DSP，總體結(jié)構(gòu)是由CPU、存儲空間、片內(nèi)外設(shè)等組成[5]，適合于處理音頻信號，完全滿足市場的電池電壓需求。

音頻編解碼模塊選用了TLV320AIC23芯片，此芯片內(nèi)置耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式，輸入和輸出都具有可編程的增益調(diào)節(jié)功能，利用此芯片的高性能來實現(xiàn)音頻的播放與錄音功能，同時其電氣連接圖設(shè)計簡單，電壓兼容性好。

2.2 系統(tǒng)定位芯片的選型

GPS定位模塊采用了UBLOX公司的UBLOX-LEA-5S芯片，天線選用的是貼片式有源天線。LEA-5模塊系列是UBLOX公司的高性能的GPS接收模塊，靈敏度很高，可以在惡劣環(huán)境下也能接受到微弱的反射信號來導(dǎo)航定位。

2.3 最小系統(tǒng)模塊的硬件設(shè)計

選用DSP的C5000系列的TMS320VC5509A芯片作為設(shè)計方案的最小系統(tǒng)。根據(jù)芯片的說明文檔，設(shè)計并完成最小系統(tǒng)，其主要包含電源與復(fù)位電路、晶振電路、JTAG（Joint Test Action Group）電路、Flash電路、異步串行電路等幾部分組成，如圖 2所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

實現(xiàn)了系統(tǒng)的硬件平臺，功能的實現(xiàn)只有硬件是無法完成的，所以需要對各模塊利用軟件編程的方式驅(qū)動起來，通過數(shù)據(jù)的傳輸，建立模塊間的聯(lián)系，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計主要分為硬件驅(qū)動函數(shù)和系統(tǒng)功能函數(shù)，其中包括：

1） 音頻編解碼模塊需要配置DSP系統(tǒng)的McBSP和I2C控制器來完成AIC23的驅(qū)動，實現(xiàn)音頻信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換；

2） 存儲設(shè)備模塊需要SPI協(xié)議的支持，所以需要DSP系統(tǒng)模擬SPI協(xié)議，通過SD控制原理，實現(xiàn)到SD卡的初始化，完成SD卡的讀寫功能；

3） 串口驅(qū)動環(huán)節(jié)由于利用外部擴展芯片SC16C550來實現(xiàn)的，所以需要完成芯片初始化、設(shè)置波特率、工作方式等操作，完成串口通信的正確讀寫；

4） 液晶顯示模塊需要對其進行初始化，然后編寫寫入命令或數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的顯示功能。

4 結(jié)束語

為了提高游客在旅游觀光的自主性，通過對電子導(dǎo)游技術(shù)的深入研究，提出一個基于DSP的自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)的開發(fā)方案，它的設(shè)計思想是基于GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將DSP技術(shù)引入到電子導(dǎo)游系統(tǒng)中，通過對DSP嵌入式技術(shù)、音頻處理技術(shù)、SD存儲技術(shù)，將多種技術(shù)靈活運用，最終完成了自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了自助導(dǎo)游的基本功能。

參考文獻：

[1].吳前進，孟慶龍.電子導(dǎo)游的應(yīng)用與發(fā)展研究[J]. 軟件導(dǎo)刊，2013，03：15-16.

[2].Chen， Shiwang and Yuan， Yong J. Wireless electronic tourist guide system based on microcontroller[A]. 2011 IEEE International Conference on Signal Processing， Communications and Computing， ICSPCC 2011[C]. Xi'an， China ： IEEE Computer Society， September 14， 2011 - September 16， 2011：1-4P.

[3].章登科，韓國程.俞朝暉，等.RFID技術(shù)及其在智能包裝中的應(yīng)用[J].包裝工程，2018，39（1）：6-9.

[4].陳泰紅，任勝杰，魏宇.手把手教你學(xué)DSP：基于TMS320C55x[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.8：4-5P.

[5].陳長浩，王安.一種便攜式信號電纜接地故障檢測儀[J].計算機測量與控制，2017，25（7）：317-319，324.

306-308，321.

【通聯(lián)編輯：梁書】