景區(qū)智能導游系統(tǒng)

李奕穎， 劉忠富， 曾 黔， 楊清慧， 韓 敏， 李松霖

（大連民族大學 信息與通信工程學院， 遼寧 大連116600）

0 引 言

隨著科技的發(fā)展與國民生產(chǎn)總值的日益提高，大家也越來越追求生活的質(zhì)量，外出旅行已經(jīng)成為普遍的消遣方式。 因此，研究一種集目前先進的自動識別技術、語音壓縮技術、數(shù)碼存儲技術、無線傳輸技術于一體的智能導游系統(tǒng)勢在必行。

本系統(tǒng)主要是應用射頻識別技術（RFID），通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。 該技術具有識別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、應用范圍廣和標簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改的優(yōu)點。

系統(tǒng)采用射頻原理識別標記對象，射頻識別（radio frequency identification，簡稱為RFID）是一種非接觸式的自動識別技術。 其利用射頻信號通過空間耦實現(xiàn)無接觸的信息傳遞［1］。 利用無線收發(fā)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，STC89C52RC 單片機為核心處理器進行數(shù)據(jù)處理，再將數(shù)據(jù)信息通過液晶顯示屏顯示，語音模塊進行播報，從而實現(xiàn)景區(qū)智能導游目的。

1 系統(tǒng)硬件電路設計

本景區(qū)智能導游系統(tǒng)主要由三部分組成，分別為微控制單元（MCU）、無線定位模塊和語音播放模塊。 每個景區(qū)的信息對應一個電子標簽，而每個電子標簽又分別與無線定位系統(tǒng)相連［2］。 單片機作為地址發(fā)射器的控制器，對無線模塊進行設置處理，然后地址碼信息被調(diào)制成射頻信號后發(fā)射。 單片機對接收來的數(shù)據(jù)進行處理后，找出與之匹配的語音信息進行解碼，語音模塊對語音信息進行處理后，通過喇叭播放景區(qū)信息，基本上實現(xiàn)了智能導游功能［3］。 系統(tǒng)總體架構如圖1 所示。

1.1 單片機最小系統(tǒng)電路

系統(tǒng)中微處理器采用STC89C52RC，因其構成的最小系統(tǒng)簡單可靠，只要在其芯片上接時鐘電路以及復位電路，最小系統(tǒng)便可以進行工作，時鐘頻率選用12 MHz。

1.2 無線收發(fā)模塊設計

無線收發(fā)模塊采用nRF24L01 芯片，采用串行外設接口與MCU 通信。 nRF24L01 集成了所有與RF 協(xié)議相關的高速信號處理部分，可自動重發(fā)丟失數(shù)據(jù)包、自動產(chǎn)生應答信號。 通過軟件來調(diào)節(jié)重發(fā)時間和次數(shù)。 無線收發(fā)模塊原理如圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構Fig.1 System overall design diagram

1.3 語音模塊設計

語音播放模塊選用WT588D 語音芯片，采用PWM 外加喇叭來進行播放。 語音播放停止馬上進入休眠模式，芯片轉(zhuǎn)為完全停止狀態(tài)。 主控單片機將從機發(fā)來的信息與內(nèi)部數(shù)據(jù)信息進行匹配，找到對應景區(qū)的數(shù)據(jù)信息并發(fā)送給語音模塊，并將景區(qū)信息轉(zhuǎn)換成語音通過喇叭播放出來。 一個已加載語音可重復調(diào)用到多個地址，單個地址位最多可加載128 段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放，語音播放停止進入休眠模式，芯片轉(zhuǎn)為完全停止狀態(tài)［4］。 語音模塊原理如圖3 所示。

1.4 顯示模塊設計

本設計采用LCD1602 作為顯示模塊來顯示所處景點位置，共可以顯示兩行內(nèi)容，每行16 個字符。主機和從機均設有液晶屏，用以顯示景區(qū)信息并進行數(shù)據(jù)比較分析。 顯示模塊原理如圖4 所示。

1.5 電源模塊設計

單片機工作時的電壓為5 V，而語音模塊和無線模塊的工作電壓為3.3 V。 為了讓系統(tǒng)正常運行，需在輸入端加入一個低功耗的電壓調(diào)節(jié)器LM1117將5 V 電源電壓轉(zhuǎn)換成3.3 V 工作電壓。 為了保證輸出工作電壓精確度在1%左右，需要在模塊增加一個進行齊納調(diào)節(jié)的帶隙基準電壓。 LM1117 控制電流大小，防止芯片過熱影響現(xiàn)象［8］。 電源模塊原理如圖5 所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

主機模塊即為智能導游器，從機模塊即為地址發(fā)射器。 關于主機模塊的軟件設計主要包括無線接收程序、語音控制程序以及顯示程序三部分，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、處理以及顯示功能。 從機模塊分為無線發(fā)送程序和顯示程序兩部分，負責作為數(shù)據(jù)的發(fā)送端，帶動整個系統(tǒng)的實現(xiàn)與運作。 從機將已有的地址信息通過無線發(fā)送模塊發(fā)送給主機，主機的無線接收模塊對數(shù)據(jù)進行初始化分析處理，然后顯示在液晶屏上，通過語音模塊播放出來。

圖2 無線收發(fā)模塊原理圖Fig.2 Schematic diagram of wireless transceiver module

圖3 語音模塊原理圖Fig.3 Schematic diagram of speech module

圖4 顯示模塊原理圖Fig.4 Schematic diagram of display module

圖5 電源模塊原理圖Fig.5 Schematic diagram of power module

2.1 主機模塊設計

主機模塊接受來自從機模塊的地址信息，經(jīng)過嚴格地處理分析實現(xiàn)語音播報功能。 主機模塊系統(tǒng)首先對無線接收模塊和LCD1602（顯示模塊）進行初始化，完成對主機無線接收模塊的配置。 當主函數(shù)進入接受模式時，主機成功接收到新的數(shù)據(jù)，Busy值置為1，對信號的輸出做出響應，以判斷從機發(fā)送過來的地址信息。 主機模塊軟件設計如圖6 所示。

圖6 主機模塊軟件設計Fig.6 Software design of host module

2.1.1 nRF24L01 無線接受模塊設計

本設計利用串口調(diào)試助手對無線模塊進行工作模式的選擇，在主機模塊中，nRF24L01 充當接收模塊，實現(xiàn)地址信息的接收功能。 定時對串口進行檢測可實現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗。 系統(tǒng)每隔5s 對串口進行一次檢測，當串口無數(shù)據(jù)接收時，系統(tǒng)自動進入待機狀態(tài)。

2.1.2 語音模塊設計

語音播報系統(tǒng)使用上位機通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，以控制WT588D 語音模塊進行語音播報。WT588D 語音模塊采用一線串口控制模式，與單片機的端口直接相連，向單片機發(fā)送數(shù)據(jù)。 通過對數(shù)據(jù)中傳遞的地址信息進行分析處理，直接實現(xiàn)語音播報。 語音播報系統(tǒng)程序運行初始化后，通過串口檢測上位機是否發(fā)送數(shù)據(jù)，若無數(shù)據(jù)則繼續(xù)檢測；否則執(zhí)行相應的語音播報功能。 本設計中加入延時函數(shù)，設置不同的電平占空，不同的數(shù)據(jù)位有不同的比例。

2.1.3 顯示模塊設計

LCD1602 模塊通過初始化函數(shù)、寫數(shù)據(jù)函數(shù)、寫命令函數(shù)、讀形態(tài)函數(shù)以及讀數(shù)據(jù)函數(shù)進行驅(qū)動。 其初始化包含LCD 的復位及關開顯示，讀寫函數(shù)完成數(shù)據(jù)的處理工作，空閑狀態(tài)檢測利用讀形態(tài)函數(shù)讀入的形態(tài)BUSY 與RST 均為低電平，即檢測到LCD 空閑，可寫入顯示數(shù)據(jù)。 在顯示地址時，需要先輸入字符地址，即告知在LCD 哪個位置顯示信息。

2.2 從機模塊設計

從機的主要任務是給主機發(fā)送地址信息。 同主機一樣，模塊啟動時， 需要對無線接收模塊、LCD1602 進行初始化，經(jīng)過初始化后完成對從機無線發(fā)送模塊的配置。 在從機的主函數(shù)中，先對顯示屏進行初始化設置，默認顯示景區(qū)信息。 當有主機靠近從機的時候，從機調(diào)用無線模塊子函數(shù)向主機發(fā)送地址信息，從而完成從機作為地址發(fā)射器的功能。 從機模塊流程如圖7 所示。

由初始化方式可以看到，接收與發(fā)射的設置基本一致，只是發(fā)射模式中多了2 個操作：設置TX 地址和設置重發(fā)次數(shù)。 發(fā)射與接收模式的不同體現(xiàn)在CONFIG 寄存器的設置不同，發(fā)射模式時寄存器的最后一位需要置0，接收時置1。

圖7 從機模塊軟件設計Fig.7 Software design of plexus module

3 結束語

本系統(tǒng)在總結了前人設計經(jīng)驗的基礎上，將RFID 技術完美的融合進智能導游系統(tǒng)，充分發(fā)揮出其在智能定位上的技術優(yōu)勢，結合微控制器與其它模塊的連接，將其應用到景區(qū)智能導游上，對旅游業(yè)智能化發(fā)展起到了重要作用。