公交车语音报站系统的设计

2012-03-13梁清梅杨立

黑龙江八一农垦大学学报 2012年4期

梁清梅，杨立

（黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆163319）

公共汽车为外出的人们提供了方便快捷的服务，传统由乘务人员人工报站因其效果太差和工作强度太大，在很多大城市已经被淘汰。近年来，由于单片机与各种语音芯片的结合，可完成语音的合成技术[1-3]，而使得智能化汽车报站器的实现成为可能，并为市民提供了更加人性化的服务。鉴于传统公交车应用系统的不足之处[4-5]，结合公交车辆的使用特点及实际营运环境，设计了一种低成本的由单片机控制的公交车应用系统[6]，包括语音报站，时间、日期的显示，和车内温度的显示[7]。

1 设计方案

系统以单片机作为控制器件，采用人工按键的操作方式，实现对公交车站名的语音提示和文字显示功能。到达某站时，司机或乘务人员可通过按键，使单片机控制语音芯片。

图1 总体硬件设计框图Fig.1 Schematic diagram of hardware design

读取语音信息，通过语音输出电路进行语音报站提示。同时，单片机通过程序读取文字信息，送入液晶模块显示站名，还可将当前的温度和时间显示出来。因此得到一种公交车报站系统的低成本解决方案。

核心部分为单片机控制器，单元电路主要包括：时钟电路、显示部分、温度电路、语音播报电路。单片机通过程序来控制各部分统一协调地来完成各项功能。单片机选择AT89S52，外围电路由时钟芯片DS1302[8]、温度传感器DS18B20、LCD12864显示、功能键电路、语音芯片ISD4004等组成。语音电路ISD4004具有记录时间长、开发应用所需外围电路简单的优点。总体硬件设计框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计

2.1 单片机系统

设计采用STC89C52作为主控芯片。STC89C52完全兼容传统51内核的单片机，因此使用的编译器和指令代码都和传统的51单片机是相同的，而且下载程序方式采用PC机串口下载，只需要做出电平转换电路即可方便的下载程序到单片机。

图2 单片机最小系统Fig.2 The smallest single-chip system

最小系统组成包括单片机，复位电路，振荡电路及电源。当最小系统接通电源时，上电瞬间REST端电位与VCC相同，随充电电流减小REST端电位逐渐下降，复位电路通过单片机复位信号输入端REST提供持续两个机器周期以上的复位电平使单片机复位。振荡电路为单片机提供工作所需的时钟信号，以保证单片机的正常运转。

2.2 时钟与温度电路

时钟电路如图3所示。DS1302工作电压为2.5～5.5 V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。当复位/片选线RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。

温度传感器采用 DS18B20，工作电压源为3～5 V，在使用中不需要任何的外围元器件，测量结果一般以9～12位数字量方式串行传送，测温范围为-55～125℃，固有测温分辨率0.5℃。

图3 时钟电路Fig.3 Clock circuit

2.3 语音播报电路

由单片机控制的语音播报电路部分如图4所示。该电路由ISD4004语音芯片和功率放大电路组成。ISD4004采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存贮在片内闪烁存贮器中，声音记录不需要A/D转换和压缩，因此能够非常真实、自然地再现声音，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和“金属声”。

同相模拟输入(ANA IN+)是录音信号的同相输入端。输入放大器可用单端或差分驱动。单端输入时，信号由耦合电容输入，最大幅度为峰峰值32 mV，耦合电容和本端的3 KΩ电阻输入阻抗决定了芯片频带的低端截止频率。差分驱动时，信号最大幅度为峰峰值16mV。反相模拟输入（ANA IN-）差分驱动时，是录音信号的反相输入端。信号通过耦合电容输入，最大幅度为峰峰值16mV。音频输出（AUD OUT）可驱动5 KΩ的负载。

图4 语音播报电路Fig.4 Circuitof speech broadcast

功率放大电路部分，INPUT为音频输入端，接ISD语音芯片的音频输出端，即AUNOUT引脚。调试时主要注意所接电容是否合理，输入电压大小如何。图中POT2为电位器，起调节音量大小的作用。用函数发生器输出一个频率为1 KHz的SIN信号，将此信号从功率放大器的输入端INPUT口输入，然后用示波器观察TDA2822的输出端输出的波形，如果能得到稳定、不失真且幅值被放大的正弦波形，则可以证明此功率放大器已经通过调试。

2.4 键盘、显示电路

键盘部分把公交车的电门按钮与报站系统的报站按钮设置到一起，当公交车到达某站台时，按下此按钮同时完成开门和报站的操作。当下一批乘客上车，公交车启动时，按下此按钮完成关门和播报下一站的站点信息工作；显示部分采用12864液晶显示。利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令，可显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示。