基于SYN6288的車速語音播報系統設計

郭克友，陳雪潔，紀 彬

（北京工商大學材料與機械工程學院，北京 100048）

基于SYN6288的車速語音播報系統設計

郭克友，陳雪潔，紀 彬

（北京工商大學材料與機械工程學院，北京 100048）

詳細介紹了一種基于SYN6288實時語音播報、帶有LCD液晶顯示功能的車速播報系統。系統采用霍爾傳感器對車速進行采集，通過STC89C52RC單片機進行控制，LCD1602顯示車速，采用SYN6288中文語音合成芯片將車速合成為語音，最后通過功率放大器將語音進行放大，并通過喇叭將語音輸出。該系統運用在實驗室測試車輛上，實現了車速的實時播報功能。測試結果表明：系統運行穩定，播報效果良好。

語音播報；車速；數字電路；SYN6288

語音合成技術在電信、交通運輸以及銀行等領域的語音廣播中得到了廣泛的應用。隨著語音與信號處理技術的迅速發展，語音播報應用在各個行業得到了充分的展示［1］。在我國，語音合成技術的研究已逐步從理論向研制開發方面發展，國內許多單位紛紛開始研制中文系統，并已進入實用階段，其應用領域十分廣泛，技術也日趨成熟。目前，在嵌入式應用領域，具有代表性的語音芯片有：科大訊飛的XF－S4240芯片和XF－S4041CN芯片、宇音天下的SYN6288芯片［2］。本系統采用宇音天下的SYN6288芯片。

現在越來越講究人性化的設計，為了提高駕駛者的安全性，進行速度播報具有實際意義。為提高實驗室設備以及測試設備的智能化控制程度，在實驗室測試車輛上裝上了車速語音播報系統。這樣不但能夠有效地測試到駕駛速度，還能及時地播報給駕駛者與乘坐者，既能提醒駕駛者行車狀況，保證人車安全，又能讓駕駛者較清楚地了解油耗情況，更加注意安排車速的變化，既經濟實惠，又節能減排。

1 總體方案設計

本系統通過SYN6288中文語音合成芯片實現語音播報，其硬件組成主要包括測速、按鍵掃描、顯示模塊、合 成 模 塊、功 放 模 塊 5 部 分。系 統 以STC89C52RC為主控芯片，通過串口與語音芯片進行通信，采用SYN6288中文語音合成芯片來合成語音。語音芯片輸出的音頻信號經SNAP001功放集成電路放大后由喇叭輸出。系統的總體結構框圖如圖1所示。

系統通過霍爾傳感器采集轉速信號，再通過外部中斷引腳將轉速信號傳送到單片機STC89C52RC中，通過采集按鍵信號，將命令送入到STC89C52RC單片機中處理，并將輸入的按鍵控制命令顯示在LCD1602顯示屏中，同時將采集到的轉速通過串口通信的方式，傳送到SYN6288芯片中進行合成，并通過功率放大電路將聲音進行放大，由喇叭播報出來，從而實現了速度的語音播報功能。

圖1 系統的總體結構框圖

2 硬件系統設計

2.1 主芯片的選擇

本系統選用STC89C52RC作為主芯片。STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系統可編程Flash存儲器［3－4］。STC89C52RC單片機雖然和DSP、ARM相比，處理速度和運算速度都比較慢，但它的體積小、質量輕、價格便宜，容易獲取，它可以滿足本次實驗的設計要求。

2.2 語音芯片的選擇

語音合成，即TTS（Text To Speech）技術，能將任意文字信息實時轉化為標準流暢的自然語音并朗讀出來［5－6］。SYN6288是一款中文語音合成芯片，通過異步串口（UART）通信方式，接收待合成的文本數據，實現文本到語音的轉換。轉換后可以得到標準流暢的自然語音［7］。SYN6288應用范圍廣泛，主要應用有公交報站、考勤機、排隊叫號、短信息播放、新聞播放、語音電子書等，它在車載信息終端語音播報、車載信息調度、車載導航領域也得到廣泛應用［8］。

與傳統的語音芯片相比，SYN6288支持英文字母的合成，遇到英文字母單詞時按字母方式發音。同時該芯片無需錄音，且能夠滿足實時性和靈活性的要求，具有智能的文本分析處理算法，可正確識別數值、號碼、時間日期及常用的度量衡符號，滿足本系統的實時數字報速的設計要求。

2.3 系統電源模塊設計

車載電源提供12V電壓，而系統中各個模塊的工作電壓均為5V，因此采用LM2576D2T－5芯片將12 V輸入電壓轉化為5V的輸出電壓，供系統內各控制單元使用［9］。系統車載12V電源轉換為5V電路如圖2所示。

圖2 車載12V電源轉換為5V電路

2.4 測速模塊設計

轉速的測量實際上是對轉子旋轉引起的周期脈沖信號的頻率進行測量。在頻率的工程測量中，電子式定時計數測量頻率的方法一般有3種：測頻率法、測周期法、多周期測頻法。本系統采用的是測頻法，即在一定時間間隔t內，計數被測信號的重復變化次數N，則被測信號的頻率f可表示為f＝Nt。

系統采用集成霍爾傳感器采集速度信號，具有頻率響應快、抗干擾能力強等特點［10］。霍爾傳感器是對磁敏感的傳感元件，其機械結構也可以做得較為簡單，只要在轉軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關靠近磁鋼，就有信號輸出，轉軸旋轉時，就會不斷地產生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實現旋轉1周，獲得多個脈沖輸出。霍爾傳感器的輸出信號經信號調理后，通過單片機對連續脈沖記數來實現轉速測控，并且充分利用了單片機的內部資源，有很高的性價比。

2.5 語音合成模塊設計

本系統采用SYN6288中文語音合成芯片進行語音合成。該芯片具有電路簡潔、性能可靠、實用性強的特點［11］。

上位機是以命令幀的格式向SYN6288發送命令。SYN6288芯片根據命令幀進行相應操作，并向上位機返回命令操作結果。SYN6288在正常工作模式時，BUSY指示芯片工作狀態。在語音合成或發生過程中，BUSY輸出高電平，指示在工作中；合成結束時，BUSY輸出低電平，向上位機發出數據傳送請求，指示數據傳送結束。

當檢測到速度之后，單片機通過串口與語音合成模塊進行通信，將速度的值送到合成模塊內，合成模塊將得到的速度值進行語音轉換，轉換過程中有一狀態判斷位進行忙閑檢測，只有空閑的時候才能進行合成。本系統中將SYN6288語音合成模塊的UART＿TxD引腳、UART＿RxD引腳分別與STC89C52單片機的RxD、TxD引腳相連接。電源引腳與5V輸出電源引腳相連，GND引腳共地，外接一個LED顯示燈，指示連接狀態［12］。語音合成模塊電路如圖3所示。

圖3 語音合成模塊電路

2.6 功放電路設計

SYN6288芯片有2個引腳BP0和BN0可以直接接喇叭進行語音播報，但經過實驗測試發現，當在嘈雜的環境下，聲音太小，無法聽清，為此加入功放電路，將聲音進行放大，這樣不但音量增大，同時可以節省MCU寶貴的I/O口。如圖4所示的功放電路，直接將BUSY狀態位與SNAP001的片選引腳CE相接。

圖4 功放電路設計

3 軟件設計

本系統軟件設計主要包括測速模塊軟件設計、顯示模塊軟件設計和語音播報軟件設計。本節主要講述測速模塊和語音合成模塊的軟件設計。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖

3.1 測速模塊軟件設計

本系統的轉速采用霍爾傳感器進行采集，通過外部中斷引腳輸入到單片機，初始化時設置為邊沿觸發方式，每到一個下降沿，脈沖數加1。通過定時器0進行定時，每50ms中斷1次，當定時達到1s時，將得到的脈沖數進行處理，求出各個位上的數值，存放到數組中。測速模塊軟件設計主流程圖如圖6所示。

圖6 測速模塊軟件設計主流程圖

3.2 語音播報模塊軟件設計

SYN6288芯片支持以下命令幀格式：“幀頭FD＋數據區長度＋數據區”格式（最大206個字節）。上位機發送給SYN6288芯片的所有命令和數據都需要用“幀”的方式進行封裝后傳輸。

本系統中當按下語音播報按鍵時，就將速度值按位存放到待播報的數組中，SYN6288將數組中的文本合成語音，經過功率放大器的放大，再由喇叭進行播報。語音合成播報軟件流程圖如圖7和圖8所示。

圖7 播報子程序流程圖

4 結束語

圖8 語音播報主流程圖

本文介紹了車速語音播報系統的設計，并在實驗室測試車輛上完成了實驗。實驗結果表明：基于SYN6288語音合成芯片的車速語音播報系統，可以完成車速播報的功能。系統采用國際領先的語音合成技術為用戶提出了智能語音播報的解決方案，不僅降低了建設成本，而且提高了服務效率，適用廣泛，具有較強的實用價值。

（References）

［1］曾誰飛，王仁波.語音合成技術在智能語音播報系統中的應用探析［J］.電信科學，2010（3）：64－68.

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［4］王景中，張朝杰.基于AT89S51系列單片機實時語音播報的超聲波測距儀設計［J］.微型機與應用，2010（4）：28－31.

［5］王虎升，李金環，袁憲鋒，等.基于STM32的嵌入式語音播報系統的設計［J］.北京聯合大學學報：自然科學版，2011，25（3）：11－15.

［6］艾散·帕合提，蔡亞永，買爾丹·祖農.語音合成系統的研究與應用［J］.信息通信，2012（5）：113－114.

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［10］王瑜，王斌.基于STC系列微控制器的電機數字測速系統設計［J］.電器技術，2012（3）：69－71.

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［12］趙全利，肖興達.單片機原理及應用教程［M］.北京：機械工業出版社，2007.

Design of voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288

Guo Keyou，Chen Xuejie，Ji Bin
（School of Material and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

This paper describes a real time voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288，which includes the function of LCD liquid crystal display.The system adopts Hall sensor to gather the car’s speed.Through the control of the microcontroller STC89C52and using the LCD1602liquid crystal to display the gathered speed，the SYN6288Chinese speech synthesis chip can transform the value of the speed into pronunciation.Finally，by using apower amplifier to amplify the pronunciation，the speaker can output the pronunciation loudly.This system is applied to the laboratory test vehicles and achieves the function of real time broadcasting for the car’s speed.The test results show that the system is stable，and the effect of the control is good.

voice broadcast；car’s speed；digital circuit；SYN6288

TP391.42

A

1002－4956（2014）1－0087－04

2013－05－26

交通運輸部信息化科技項目（2012－364－835－110）

郭克友（1975—），男，黑龍江齊齊哈爾，博士，副教授，主要研究方向為安全輔助駕駛.

E－mail：guoky＠th.btbu.edu.cn

虛擬仿真技術探索與實踐