動態(tài)語音地圖指示牌的設(shè)計

于麗麗 郭靜靜

摘要：日常生活中各單位、高校等都有設(shè)置風(fēng)格迥異的大大小小的靜態(tài)的地圖指示牌，因?yàn)闆]有動態(tài)的指引或語音提示，人們往往要花很長的時間來查找目標(biāo)地點(diǎn)的路線。針對上述問題，以高校校園地圖為例，通過設(shè)置目標(biāo)地點(diǎn)LED燈和道路指引LED燈，利用單片機(jī)控制目標(biāo)地的按鍵來實(shí)現(xiàn)快速定位，同時進(jìn)行語音播放，達(dá)到快速查找的目的。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);動態(tài)地圖;語音地圖;指示牌

中圖分類號：TN709? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）03-0197-02

道路指示牌在日常生活中隨處可見，企事業(yè)單位、各類高校校園等都設(shè)置了各式各樣的大大小小的靜態(tài)地圖或道路指示牌，為外來人員快速預(yù)覽全局或者指引行走路線。但是人們在預(yù)覽時不能很快地找到自己的當(dāng)前所在地以及自己想去的地點(diǎn)。本設(shè)計針對上述缺點(diǎn)，通過設(shè)置目標(biāo)地點(diǎn)LED燈、道路指引LED燈、目標(biāo)地按鍵，利用單片機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)快速定位當(dāng)前所在地和目標(biāo)地的路線，同時跟隨語音播放模塊，讓人們能夠快速地在地圖指引上找到自己想走的路線。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)由單片機(jī)控制模塊、按鍵掃描模塊、目標(biāo)地點(diǎn)LED驅(qū)動模塊、道路LED驅(qū)動模塊、語音播放模塊組成。

單片機(jī)控制模塊作為整個系統(tǒng)的控制中心，分別連接其他各個模塊，控制其他模塊工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需功能。按鍵掃描模塊用于檢測用戶輸入的目標(biāo)地點(diǎn)，并輸出給單片機(jī)控制模塊。目標(biāo)地點(diǎn)LED驅(qū)動模塊用于從單片機(jī)控制模塊接收目標(biāo)地點(diǎn)各個LED的數(shù)據(jù)，并驅(qū)動目標(biāo)地點(diǎn)各個LED工作。道路LED驅(qū)動模塊用于從單片機(jī)控制模塊接收道路上各個LED的數(shù)據(jù)，并驅(qū)動道路上各個LED工作。語音播放模塊從單片機(jī)控制模塊接收語音播放內(nèi)容并合成語音播放。

系統(tǒng)工作時，單片機(jī)掃描模塊接收到用戶通過按鍵掃描模塊輸入的目標(biāo)地點(diǎn)后，生成目標(biāo)地點(diǎn)LED驅(qū)動數(shù)據(jù)、道路LED驅(qū)動數(shù)據(jù)及到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)的語音播放內(nèi)容，并把數(shù)據(jù)輸出給各個模塊，驅(qū)動目標(biāo)地點(diǎn)LED和道路LED，控制語音播放模塊播放語音。

2 系統(tǒng)各個模塊說明

2.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊選用STC89C58單片機(jī)[1]，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。系統(tǒng)連接中，由P1口和P3.2口連接按鍵掃描模塊。P3.0和P3.1引腳構(gòu)成的UART接口連接語音播放模塊。P2口連接目標(biāo)LED驅(qū)動模塊和道路LED驅(qū)動模塊。

2.2 按鍵掃描模塊

本系統(tǒng)以榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園地圖為例，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，實(shí)現(xiàn)20個目標(biāo)地點(diǎn)的功能，因此按鍵掃描模塊設(shè)計成4x5的按鍵掃描模塊，每個按鍵對應(yīng)一個目標(biāo)地點(diǎn)，每個按鍵對應(yīng)的目標(biāo)地點(diǎn)基本與實(shí)際目標(biāo)地點(diǎn)的位置對應(yīng)。采用行選擇列數(shù)據(jù)輸出的方式進(jìn)行按鍵掃描。行選擇分別接P1.0到P1.3接口，列數(shù)據(jù)輸出接P1.4到P1.7及P3.2接口。

2.3 目標(biāo)地點(diǎn)LED驅(qū)動模塊

由于LED數(shù)量較多，而單片機(jī)IO口的數(shù)量有限，因此本系統(tǒng)采用74HC595串并轉(zhuǎn)換芯片[2]對IO口進(jìn)行擴(kuò)展，滿足驅(qū)動多個LED的需求。74HC595每片可驅(qū)動8個LED燈，可通過級聯(lián)多片的方式驅(qū)動更多LED，每個IO口具有35mA的驅(qū)動電流，可直接驅(qū)動LED。

74HC595內(nèi)部主要由移位寄存器和鎖存器組成（如圖2所示）。SRCLK為移位寄存器時鐘觸發(fā)引腳，SER為數(shù)據(jù)輸入。SRCLK時鐘信號為上升沿觸發(fā)，時鐘信號觸發(fā)時，輸入數(shù)據(jù)由SER引腳移入Bit0，同時所有數(shù)據(jù)向高位移動一位，最高位Bit7則移到輸出引腳OUT。RCLK接到鎖存器的鎖存時鐘，由上升沿觸發(fā)，當(dāng)鎖存時鐘觸發(fā)時，各個位的移位寄存器輸出數(shù)據(jù)分別鎖存到鎖存器的輸出，驅(qū)動各個LED燈，鎖存器時鐘不變時，鎖存器輸出數(shù)據(jù)不隨鎖存器的輸入數(shù)據(jù)變化。

當(dāng)有多片74HC595級聯(lián)時，各片74HC595的移位寄存器時鐘SRCLK和鎖存器時鐘RCLK并聯(lián)在一起，第1片74HC595的數(shù)據(jù)輸入引腳SER接到單片機(jī)數(shù)據(jù)輸出引腳，后一片74HC595的數(shù)據(jù)輸入引腳SER接到前一片的移位寄存器輸出引腳OUT進(jìn)行級聯(lián)。由于系統(tǒng)設(shè)計20個目標(biāo)地點(diǎn)，因此需級聯(lián)3片74HC595芯片，最多可提供24路輸出，滿足20個目標(biāo)地點(diǎn)的設(shè)計需求。

控制LED時，單片機(jī)先把LED驅(qū)動數(shù)據(jù)的每一位輸出74HC595的數(shù)據(jù)輸入引腳，同時控制移位寄存器時鐘移位數(shù)據(jù)，高位LED數(shù)據(jù)先輸出。當(dāng)所有LED數(shù)據(jù)輸入到移位寄存器，控制鎖存器時鐘RCLK鎖存數(shù)據(jù)。

設(shè)計LED的驅(qū)動電流為15mA，74HC595驅(qū)動芯片引腳輸出為5V電壓，LED自身壓降為2V，因此選擇限流電阻為200歐，限流電阻和LED串聯(lián)接到74HC595的輸出引腳。

2.4 路上LED驅(qū)動模塊

路上LED驅(qū)動模塊電路和目標(biāo)地點(diǎn)LED驅(qū)動模塊類似。路上所有LED先按照一定的順序排列，逐個LED分別接到74HC595芯片的一個輸出引腳上，從第1片74HC595芯片的第1個輸出開始連接。由于路上LED數(shù)量比較多，因此需要比較多的75HC595芯片級聯(lián)。

路上LED程序設(shè)置分2步進(jìn)行。

第1步，根據(jù)目標(biāo)地點(diǎn)標(biāo)號，首先查找通向目標(biāo)地點(diǎn)LED的所有路段編號;其次清空所有路段的緩存數(shù)據(jù);最后根據(jù)目標(biāo)地址的路段編號，設(shè)置對應(yīng)路段的緩存數(shù)據(jù)為1，不在該路段上的數(shù)據(jù)仍然為0。

第2步，首先清空設(shè)置LED數(shù)據(jù)緩存;其次，根據(jù)第1步計算的路段LED數(shù)據(jù)緩存，對于路徑上設(shè)置為1的數(shù)每隔2位取1位寫入到設(shè)置為1，其他數(shù)據(jù)保存為0寫入到設(shè)置LED數(shù)據(jù)緩存的相應(yīng)位置中;然后把LED數(shù)據(jù)緩存下發(fā)到74HC595芯片，高位先發(fā);最后控制74HC595芯片鎖存輸出，驅(qū)動目標(biāo)地點(diǎn)LED點(diǎn)亮。為了實(shí)現(xiàn)流水燈效果，每間隔300ms，根據(jù)第1步設(shè)置的路段緩存數(shù)據(jù)，在第2步中設(shè)置下一個流水燈的數(shù)據(jù)。

2.5 語音播放模塊

語音播放模塊采用科大訊飛的語音合成芯片XFS5152CE[3]，XFS5152CE是一款高集成度的語音合成芯片，可實(shí)現(xiàn)中文、英文語音合成;并集成了語音編碼、解碼功能，可支持用戶進(jìn)行錄音和播放。如圖3所示。語音合成芯片XFS5152CE通過UART接口和單片機(jī)通信，單片機(jī)按照通信協(xié)議把語音播放內(nèi)容封裝成數(shù)據(jù)包，通過UART接口發(fā)送給語音合成芯片，語音合成芯片收到正確的數(shù)據(jù)包后先應(yīng)答單片機(jī)收到正確的數(shù)據(jù)包，然后開始語音合成，語音信號通過功放放大后輸出給喇叭播放。語音播放完畢，語音合成芯片應(yīng)答單片機(jī)語音播放完畢。

正常通信過程中，單片機(jī)發(fā)送語音合成數(shù)據(jù)幀給語音合成芯片后，語音合成芯片校驗(yàn)數(shù)據(jù)幀無誤后應(yīng)答0x41給單片機(jī)，表示收到正確的數(shù)據(jù)幀。當(dāng)語音合成播放完畢，語音合成芯片應(yīng)答0x4F給單片機(jī)，表示語音播放完畢，進(jìn)入空閑狀態(tài)。

3 單片機(jī)處理流程

主處理流程如圖4所示。

4 結(jié)論

本文設(shè)計通過單片機(jī)作為控制核心模塊，采取設(shè)置目標(biāo)地點(diǎn)按鍵，利用串并轉(zhuǎn)換芯片74HC595，通過級聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)地點(diǎn)和目標(biāo)路線上的LED的控制顯示，同時加裝了語音解讀模塊，實(shí)現(xiàn)了快速預(yù)覽查找目標(biāo)位置地點(diǎn)及路線的功能。各高校、企業(yè)等可根據(jù)需要自行定制本單位的動態(tài)語音地圖，為外來人員提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1] STC89C552系列單片機(jī)指南. http：//www.stcisp.com/stcmcu-pdf.html

[2] SN74HC595_datasheet. http：//www.alldatasheet.com/view.jsp？Searchword=74HC595

[3] XFS5152CE語音合成芯片用戶開發(fā)指南V1.2. https：//wenku.baidu.com/view/8ef6c438df80d4d8d15abe23482fb4daa58 d1db1.html

【通聯(lián)編輯：張薇】