基于STM32語音播報器設(shè)計

文/楊烜韜

（江西農(nóng)業(yè)大學 江西省南昌市 330045）

嵌入式系統(tǒng)是一種完全嵌入受控器件內(nèi)部，發(fā)揮特定的應用的計算機系統(tǒng)。根據(jù)當前的計算機技術(shù)的發(fā)展進程，嵌入式系統(tǒng)主要發(fā)揮著控制、監(jiān)督或是輔助設(shè)備、機器等作用。同通用計算機軟件不同，嵌入式系統(tǒng)通常情況下具有更高的精準性和定義性人物，因此能夠?qū)λM行事先的任務下達等工作。與此同時在語音電路迅猛發(fā)展的當前時期，各行業(yè)都需要利用語音接口來作為輸出口，實現(xiàn)對機器設(shè)備運行狀態(tài)、運行結(jié)果、提示操作、故障預警等播報。同時作為輸入口，實現(xiàn)完成語音記錄、語音識別，達到進一步提高生產(chǎn)和服務質(zhì)量效率的目標。因此基于STM32單片機展開對語音播報器的設(shè)計，其功能能夠不斷完善，節(jié)約生產(chǎn)成本，并且實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。能夠大大推動現(xiàn)代化社會發(fā)展。

1 基于STM32語音播報器的設(shè)計原理

1.1 基于STM32語音播報器的介紹

語音播報器在我國具有廣泛的應用市場，但是市面上存在的語音播報器具有功能單一，操作困難，失誤率高且性價比不高等問題，因此實現(xiàn)對語音播報器的功能的開發(fā)設(shè)計，對于推動社會進步具有重要意義。STM32微處理器具有較高的數(shù)獨處理的內(nèi)核系統(tǒng)，擁有6-64kb的存儲器功能。擁有休眠、停止、待機三種低功耗模式，且能夠?qū)崿F(xiàn)jtag接口，支持各種形式的外設(shè)鏈接。整體上具有是一種兼容性高、數(shù)據(jù)處理速度高且處理容量大，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)獨立處理的微處理控制器。在STM32微處理器為控制核心展開的語音播報器功能設(shè)計要求實現(xiàn)串口控制的插卡，擁有充足的電源，能夠提高語音播報的準確率的智能化的語音播報器。

1.2 基于STM32語音播報器的系統(tǒng)組成分析

當前導入嵌入式控制器目的就是為了提高其數(shù)據(jù)識別以及處理的效率，從而改變傳統(tǒng)的語音播報器單一的僵化的功能模式。因此在該控制核心下，語音播報器中擁有：主控制器、超聲波探測器模塊（能夠?qū)崿F(xiàn)障礙物等的探測，并且發(fā)出語音警告）；語音播報模塊（該模塊將會實現(xiàn)語音提示以及語音控制）；圖像識別模塊（在工業(yè)生產(chǎn)中，其能夠展開對一些生產(chǎn)流程識別管理）；gps模塊實現(xiàn)導航，以及電源模塊。具體的語音播報器系統(tǒng)如圖1所示。語音播報器在其中發(fā)揮著承上啟下鏈接全局的作用。因此要求能夠在實現(xiàn)對數(shù)字信息轉(zhuǎn)換存儲，在放音時能夠根據(jù)軟件實現(xiàn)模擬量的播放。如，公共站臺的播報等。

2 基于STM32語音播報器設(shè)計分析

系統(tǒng)各模塊設(shè)計分析：

上述提到基于STM32的語音播報器在功能上將會呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，因此需要各個模塊都能夠同協(xié)同發(fā)展。主要要設(shè)計的模塊與

圖1：基于STM32語音播報器的系統(tǒng)框架

圖2：語音芯片串口參數(shù)設(shè)置

控制器、超聲波模塊設(shè)計、圖像識別模塊設(shè)計、gps導航模塊設(shè)計以及電源電路設(shè)計。這些功能都要能夠同語音播報模塊相連接，進行數(shù)據(jù)的共享對接。

2.1 控制器設(shè)計

主要就是采用STM32互聯(lián)型系列控制器，這一型號產(chǎn)品強化了音頻方面的性能，對于語音播報器的設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。在該系統(tǒng)中，其通過先進的鎖相環(huán)機制，讓I2S級別的音頻也可以實現(xiàn)通信，并且能夠?qū)油獠康拇鎯ζ?，實現(xiàn)對該控制器中的音頻信號的讀取、解碼以及信號輸出。同樣地在微控制器上還可以注入新的設(shè)備芯片，使其能夠在語音播放上具有外放、顯示等功能。

2.2 超聲波模塊設(shè)計

該模塊的設(shè)計讓語音播放器功能更加智能化、人性化發(fā)展。如，在一些門鈴的語音播報器中會導入超聲波模塊設(shè)計，由 STM32控制超聲波電路發(fā)射出特定頻率的電波，當經(jīng)過障礙物的時候，這些電波會被反射回去，由超聲波系統(tǒng)中再次回收信號并且進行信號處理，從而提出反應，進行語音播報。

2.3 雙向語音播報模塊設(shè)計

語音播報器采用的是MY1690-16S語音芯片，該語音芯片主要是一款由串口控制的插卡MP3芯片，能夠同時支持MP3、WAV格式雙解碼，模塊最大支持32G TF卡，也可外接U盤或USB數(shù)據(jù)線連接電腦更換SD卡音頻文件，支持 FAT16、FAT32 文件系統(tǒng)，最大支持 32G TF卡和32G 的U盤。支持 UART異步串口控制:支持播放、暫停、上下曲、音量加減、選曲播放、插播等。擁有ADKEY功能，通過電阻選擇可實現(xiàn)標準MP3功能的5按鍵控制和其他功能。同時可直接連接耳機，或者外接功放功能的語音芯片。該芯片在語音播報方面功能豐富，操作簡單，因此在高級玩具、工業(yè)控制領(lǐng)域（工業(yè)、控制設(shè)備語音播報）、智能交通系統(tǒng)中的收費站、停車場以及車內(nèi)語音提醒中應用，同時還在廣告宣傳行業(yè)、安防行業(yè)以及醫(yī)療電子行業(yè)中都被應用。該語音芯片的串口控制協(xié)議主要是采用異步串口接口實現(xiàn)的，為3.3V TTL電平接口?？赏ㄟ^MAX3232芯片轉(zhuǎn)換成RS232電平或者通過 USB 轉(zhuǎn)TTL模塊與PC通訊進行調(diào)試。通訊數(shù)據(jù)格式是:起始位:1位;數(shù)據(jù)位:8位;奇偶位:無;停止位:1位。有USB轉(zhuǎn)TTL模塊與MY1690-12P的連接圖，使用電腦串口調(diào)試助手，需要正確設(shè)置串口的參數(shù)。與此同時，還插入LM4871單聲道橋式驅(qū)動的音頻功率放大器，防止外界干擾情況下，語音播報器能夠隨之進行音頻的音量調(diào)整，滿足實際的生產(chǎn)生活所需。在LM4871具有自帶便攜設(shè)備能量的特點，當語音播報器需要收音的時候，STM32微控制器能夠發(fā)揮自身的寄存器的作用，將所收錄進來的錄音地址登記和存儲進來。最后將該模塊軟件制作成芯片同 STM32單片機硬件鏈接在一起，之后就可以將帶有這些模塊功能的單片機接口到所需要的顯示器中，完成語音播報和識別。語音芯片串口參數(shù)設(shè)置如圖2所示。

2.4 圖像識別模塊

該模塊主要是由攝像頭、數(shù)據(jù)存儲器以及圖像數(shù)據(jù)處理器組成的。通過主控制器驅(qū)動攝像頭進行圖像數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)存儲器中的圖像數(shù)據(jù)進行處理，利用整個電源電路實現(xiàn)對每一個攝像機舵的旋轉(zhuǎn)移動，實現(xiàn)不同角度的拍攝。

2.5 電源電路

電源電路是實現(xiàn)整個STM32微控制器下語音播報器運行的重要動力，由于整個語音播報器的相關(guān)模塊較多，運行起來需要較高的功耗，因此在該系統(tǒng)設(shè)計中，采用的芯片都是低電壓工作芯片。特別是在語音播報器中可以實現(xiàn)外部輸出音頻功能，因此其所采用的電流都是DC3.5V-5.5V之間的。

2.6 GPS導航模塊設(shè)計

該系統(tǒng)采用的是GPS25-LVS接收模塊，該模塊是目前市面上應用最為廣泛的gps接收處理板，其主要是由天線、變頻器、信號通道、數(shù)字信息處理、串口通信接口和電源組成。具有定位快、準、工作時長穩(wěn)定且持久，具有良好抗干擾性等特點。因此在STM32微控制器中使用，其能夠聯(lián)合語音播報系統(tǒng)模塊，讓播報定位的語音更加精準。如圖3所示。

3 基于STM32語音播報器設(shè)計的應用測試

在完成對對新的軟件系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計之后，要求能夠進行后期的系統(tǒng)測試，當前測試基于STM32的語音播報器的各個模塊，要求能夠從外部干擾、語音識別、GPS定位、以及資源信息處理等多個方面進行測試，確保各個模塊都能夠同語音播報器模塊進行兼容，在各行業(yè)中都發(fā)揮具體的作用。也使得基于STM32語音播報器具有更高的經(jīng)濟適用性。而隨著智能技術(shù)的發(fā)展，語音播報器未來不單單是進行語音的識別，其更可能同文字、數(shù)字等其他的信息結(jié)合起來共同出現(xiàn)，因此 STM32語音播報器設(shè)計為未來提供思路以及無限可能。如圖4所示。

圖3

圖4

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著信息社會的發(fā)展，不論是生活中的24小時無人便利店，還是智能家居或是工業(yè)生產(chǎn)中所需要的工業(yè)機器人，工業(yè)自動化設(shè)備。其都需要安裝語音播報器。因此設(shè)計一款兼容性高，功能齊全，能耗較低的語音播報器是社會各階層普遍關(guān)注的重點。當前基于STM32單片機語音播報器，其能夠依托于STM32作為控制核心，通過對語音播報模塊設(shè)計，達到語音錄入，進行超聲波探測，圖像識別等最后實現(xiàn)語音提示。該系統(tǒng)設(shè)計具有較高的穩(wěn)定性，接口相對簡單，因此具有較高的市場推廣應用的意義。