智能車載語音播報系統(tǒng)設(shè)計

劉暢，王忠華，李自強(qiáng)

（南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院，南昌330063）

1 引言

社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使人們生活水平不斷提高，但同時也使得環(huán)境問題更加突出。公交作為一種低碳環(huán)保的交通工具是許多人出行的首選，乘坐公交出行也減小了城市交通的壓力。智能車載語音播報系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)手動報站系統(tǒng)，減少了公交司機(jī)的工作強(qiáng)度，更加方便，更加安全[1]。因此，智能車載語音播報系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)具有重要的實(shí)際意義及實(shí)用價值。

本文對智能車載語音播報系統(tǒng)的設(shè)計作了詳細(xì)介紹，包括系統(tǒng)方案設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)軟件設(shè)計。系統(tǒng)硬件介紹包含了硬件芯片的介紹及硬件構(gòu)成的介紹。系統(tǒng)軟件介紹包含了系統(tǒng)的軟件功能介紹及軟件流程圖介紹。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

整個系統(tǒng)分為兩個部分，一部分是車載系統(tǒng)，另一部分是站臺系統(tǒng)。車載系統(tǒng)安置在車上，需要對車輛進(jìn)行定位[2]。站臺系統(tǒng)放置于站臺，通過到站指示牌展示到站信息。車載系統(tǒng)分為主控模塊、GPS 定位模塊、鍵盤模塊、GSM 通信模塊、語音模塊、顯示模塊。站臺系統(tǒng)分為主控模塊、GSM 通信模塊、到站指示牌模塊[3,4]。系統(tǒng)工作時，首先GPS 模塊啟動，車載系統(tǒng)顯示行駛方向選擇界面，用戶選擇行駛方向，之后顯示播報方式選擇界面。選擇手動播報模式就需要手動按鍵觸發(fā)報站。選擇自動播報模式時，車載系統(tǒng)顯示時間、經(jīng)緯度、到站情況等信息。當(dāng)車載系統(tǒng)所在點(diǎn)的經(jīng)緯度信息與系統(tǒng)內(nèi)存儲的站點(diǎn)經(jīng)緯度信息匹配時，語音播報模塊自動進(jìn)行語音播報，顯示模塊顯示到站信息，同時車載系統(tǒng)上的GSM 通信模塊向站臺系統(tǒng)的GSM 模塊發(fā)送到站信息[5]。站臺系統(tǒng)接收到到站信息后對信息進(jìn)行處理，控制到站指示牌模塊展示到站信息。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文的智能車載語音播報系統(tǒng)含有主控模塊、GPS 定位模塊、鍵盤模塊、GSM 通信模塊、語音模塊、顯示模塊、到站指示牌模塊。顯示模塊主要由LCD12864 構(gòu)成，用來顯示時間、經(jīng)緯度及到站信息[6,7]。到站指示牌模塊由多個雙色LED 燈組成，通過燈的亮滅及顏色情況來指示到站情況。其他模塊硬件設(shè)計如下。

3.1 主控模塊硬件設(shè)計

主控模塊對其他模塊起到控制的作用，同時也承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理的任務(wù)[8]。本文選用的單片機(jī)為STM32 系列單片機(jī)，具體型號為STM32F103C8T6。其是一款基于ARM Cortex-M3 的32 位單片機(jī)，其處理速度快，頻率可達(dá)72MHz，含有多種外設(shè)接口，能夠滿足本次設(shè)計的精度要求及實(shí)時性要求[9]。

3.2 GPS 定位模塊硬件設(shè)計

GPS 定位模塊用來確定車載系統(tǒng)所在位置的經(jīng)緯度，以此來確定開始語音播報的地點(diǎn)或時機(jī)。本文選用的GPS 定位模塊為NEO-6M 模塊。其工作電壓范圍為2.7～3.6V，典型值為3.0V，帶有UART、USB、SPI、DDC（兼容I2C）接口及RTC 晶振。為了使得GPS 定位模塊的穩(wěn)定性及實(shí)時性更好，GPS 天線選用SMA 接口的有源天線。工作時，首先由天線接收衛(wèi)星信號，信號經(jīng)過功放電路后輸入NEO-6M 芯片，由NEO-6M 芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理之后將經(jīng)緯度等信息傳送到主控模塊。

3.3 GSM 通信模塊硬件設(shè)計

GSM 通信模塊用來使車載系統(tǒng)與站臺系統(tǒng)通信。本文選用的GSM 模塊為SIM900A 模塊。此模塊包含SIM900A 芯片外圍電路、電平轉(zhuǎn)換電路及SIM 卡接口電路。SIM900A 是一款兩頻的GSM 芯片，具有多種通信接口，便于應(yīng)用。電平轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用芯片為MAX232A，用來使GSM 模塊能于主控模塊順利地進(jìn)行通信。SIM 卡接口電路用來接入SIM 卡，車載系統(tǒng)與站臺系統(tǒng)的通信通過SIM 卡的短消息功能來完成。

3.4 語音模塊硬件設(shè)計

語音模塊選用的語音芯片為JQ8900，此芯片支持MP3 及WAV 硬件解碼，支持多種采樣率，還支持將SPI Flash 模擬成U 盤，便于對Flash 進(jìn)行讀寫操作，使語音音頻的載入及更換非常方便。當(dāng)語音模塊收到播報語音的命令時，先從SPI Flash中讀出對應(yīng)的語音音頻，經(jīng)過解碼及DAC 后輸出音頻模擬信號，再經(jīng)過放大電路放大，最后通過揚(yáng)聲器發(fā)出語音，提示到站。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件部分的主要任務(wù)是基于STM32 單片機(jī)來設(shè)計上述各硬件模塊的驅(qū)動程序和主控模塊的主程序。各子模塊程序依次要實(shí)現(xiàn)GPS 定位，站臺初始化，距離判定，語音播報和GSM 短信收發(fā)等功能。

整個系統(tǒng)的工作過程為：當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，首先根據(jù)顯示屏的提示，通過按鍵依次選擇車輛的行駛方向和播報方式（播報方式分為自動播報和手動播報）。當(dāng)選擇自動播報時，GPS 模塊開始定位車輛位置并將其與目標(biāo)站臺的經(jīng)緯度進(jìn)行比較，計算兩者間的距離，當(dāng)距離小于設(shè)定值時，顯示屏將顯示到站，語音模塊播報語音，GSM 通信模塊向站臺發(fā)送短信，站臺GSM 模塊接收讀取短信后，控制對應(yīng)的LED 指示燈的亮滅。當(dāng)選擇手動播報時，不通過GPS 定位，按下按鍵即播報下一站，其余功能與自動播報方式相同。該系統(tǒng)軟件程序具體執(zhí)行過程的主控模塊程序流程如圖1 所示。

5 結(jié)語

圖1 主控模塊程序流程圖

本文設(shè)計的智能車載語音播報系統(tǒng)通過嵌入式技術(shù)、GPS定位技術(shù)及GSM 通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了GPS 定位、自動語音報站、信息顯示及到站指示等功能。該系統(tǒng)含有手動播報及自動播報兩種工作模式。同時，此系統(tǒng)還有許多空余接口，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求對系統(tǒng)進(jìn)行增改。其精度及實(shí)時性能夠滿足公交智能報站的需求，具有很高的實(shí)用性及良好的發(fā)展前景。