基于單片機的路考語音提示系統(tǒng)

雷 波，楊賢昭 ，張焱魁 ，黨 景，楊國瑞

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基于單片機的路考語音提示系統(tǒng)

雷 波，楊賢昭 ，張焱魁 ，黨 景，楊國瑞

（武漢科技大學信息科學與工程學院， 武漢 430081）

駕校教練在指導學員進行相關操作時必須自己反復喊出指令，這在一定程度上加大了教練員的勞動強度；同時，由于一些教練普通話發(fā)音不標準也給學員帶來了困擾。針對這種情況，本文以STC89C52RC 單片機為控制核心，設計一套語音提示系統(tǒng)，將考試所需的提示語音存儲在語音模塊中，教練員根據(jù)路面情況按下相應的按鍵，系統(tǒng)就會播放語音指令，學員根據(jù)語音指令完成相關操作,可以大大減輕教練的工作量。

路考 單片機 語音提示 NV020S

0 引言

現(xiàn)在參加駕校考試的人越來越多，交管部門對駕駛員考試的要求也越來越嚴格，如何用現(xiàn)在的科技手段提高教練員的教學水平，以及提高學員考試的通過率便成了一些駕校要考慮的重要問題。訓練時教練需要反復喊出指令，教練員的工作強度大，另外一些教練員發(fā)音不標準，學員聽不懂教練的指令。針對這種情況，開發(fā)一套車載語音提示系統(tǒng)顯得尤為重要。

語音提示系統(tǒng)主要針對科目三考試，方便教練教學的同時，也給學員練車帶來了很大的方便。在學員參加科目三考試時，考官一般坐在副駕駛上，根據(jù)路上的交通情況，按下考試系統(tǒng)上的相應提示按鈕，系統(tǒng)就會播放相應的語音指令，學員在聽到這些指令時，做出相關操作，考試系統(tǒng)再記錄下操作過程并判斷分數(shù)。語音提示系統(tǒng)和考試系統(tǒng)相類似，這樣學員在平時練習時就能感受到和考場一樣的氛圍。這在很大程度上提高了學員練車的質(zhì)量。而且，由于國內(nèi)相關產(chǎn)品并不多見，且成本不高，所以具有很大商業(yè)價值。

1 系統(tǒng)設計方案

該系統(tǒng)主要由單片機控制單元、輸入單元、語音存儲處理單元、信號放大播放單元四個主要單元組成。系統(tǒng)的結構如圖1所示：

控制單元以單片機為核心，主要負責接收來自鍵盤的輸入信息，并根據(jù)輸入指令來判斷并控制語音芯片發(fā)出聲音[1]。輸入單元單元主要由矩陣按鍵組成，接收用戶發(fā)出的指令。語音存儲處理單元由語音存儲播放芯片構成，用來處理漢字或者語音的錄入及漢字到語音的轉換功能。語音可以由電腦錄制或者直接由上位機軟件將文本文檔轉換成語音文件，再下載到語音芯片的FLASH中。信號放大播放單元完成語音處理模塊輸出的語音信號進行放大并通過揚聲器播放出來，按下一個按鍵，系統(tǒng)播放一段語音，而且語音提示器的音質(zhì)好，功能強，使用起來也很簡單[2]。

1.1系統(tǒng)整體硬件電路設計

系統(tǒng)整體電路圖包括系統(tǒng)供電電路、矩陣按鍵電路、單片機最小系統(tǒng)以及語音模塊電路，其整體硬件電路如圖2所示[3]。

1.2系統(tǒng)主控部分

系統(tǒng)的核心即主要控制單元由一塊STC89C52RC單片機組成。它的主要任務有兩個，一是對鍵盤進行實時的掃描，以檢測是否有按鍵按下，以及判斷所按的是什么鍵。二是當檢查到按鍵之后，和語音芯片模塊進行通信，以告知語音模塊需要播放那一段語音。當系統(tǒng)正在播放一段語音時，語音模塊會返回一個BUSY信號給單片機，此時若有鍵按下，單片機將發(fā)出信號給語音芯片，停止正在播放的語音，播放最新按鍵對應的一段語音。

1.3語音處理模塊

語音處理模塊NV020S是一款具有高速DSP 內(nèi)核的語音芯片,具有高音質(zhì)的語音播放、多功能多領域的應用范圍、靈活的語音容量擴充方式。其控制方式有按鍵觸發(fā)方式（包含10種按鍵觸發(fā)模組），單線串口觸發(fā)、雙線串口觸發(fā)、三線串口觸發(fā)、并口觸發(fā)等。可以播放6K-32K采樣率的聲音，16位的DAC 輸出、內(nèi)置噪聲濾除器可以讓聲音得到完美的展現(xiàn)，音質(zhì)不亞于MP3音質(zhì)。語音控制地址多達1024個地址，每個地址可以組合存放多達3328個語音組合文件。NV020S系列可根據(jù)語音時長不同靈活配置外掛FLASH大小，支持1Mbit-128Mbit的SPI存儲器，語音時長可以達到一小時以上。NV020S具有與之配套的PC端軟件以及下載器，可以輕松下載更換語音及功能。

1.4系統(tǒng)供電電路

STC89C52RC單片機的工作電壓為5 V,而NV020S語音模塊的工作電壓是3.3 V。本系統(tǒng)是應用在教練車上，車載電源是12 V。所以需要兩個穩(wěn)壓電路將12V轉換成穩(wěn)定的5 V和3.3 V。

其中12 V轉換成5 V選用7805，7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝是T0-22，輸入端接12 V電源，輸出為5 V。將7805接入電路時，需要在輸入端和輸出端各接一個電容，這樣輸出電壓會更加穩(wěn)定，12 V到5 V電壓轉換電路如圖3所示。

5 V轉3.3 V的電路選用LM1117芯片。LM1117是一款正電壓輸出型的三端線性穩(wěn)壓電路，在1A輸出電流下壓降為1.2 V。在設計電路時為了減小LM1117上的壓降，采用先將12 V電壓轉為5 V,再將5 V通過LM1117轉換成3.3 V電壓。其轉換電路如圖4所示。

1.5鍵盤電路

系統(tǒng)的鍵盤輸入部分由16個按鍵構成4*4矩陣鍵盤，每個按鍵對應一段提示語音。其原理圖如圖5所示。

矩陣的行通過J1接到單片機的P2.0到P2.3，矩陣的列接到P2.4到P2.7。在編程序時，將4個列輸出高點平，4個行輸出低電平。當有按鍵按下時，對應的列就會被拉低。這樣就確定了按鍵的列數(shù)，然后在逐行掃描被按下的按鍵在那一行，用這樣的方法就能得到所按下的是哪一個按鍵，并確定播放那一段語音。

2系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件主要由主程序、延時子程序、按鍵掃描子程序、語音播放子程序等4大模塊組成。STC89C52RC單片機可以采用C語言編寫程序，因為C語言相較于匯編語言編寫程序簡單，修改方便，易于實現(xiàn)模塊化，生成的機器代碼質(zhì)量高、可讀性強、移植。編譯器采用KeilC51。

在系統(tǒng)工作時，主程序調(diào)用按鍵判別子程序，判斷是否有按鍵按下。當按下一個鍵之后，程序進入鍵盤掃描程序，以讀取所按下的值，然后主程序調(diào)用語音播放子程序，播放對應的指令語音。程序流程圖如圖6所示。

3 結論

本系統(tǒng)的設計來源于日常生活，為了解決生活中遇到的問題設計了基于STC89C52RC單片機的駕駛員語音提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由單片機控制單元、輸入單元、語音存儲處理單元、信號放大播放單元四個主要單元組成。在駕駛員學習過程中，教練只需要根據(jù)路況按下相應的按鈕，系統(tǒng)就會發(fā)出語音指令提示，這樣會大大減輕教練員的工作量,系統(tǒng)具有一定的實用價值。

[1] 李群芳，肖看．單片微型計算機及接口技術(第四版)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[2] Mark1 Montrose. Printed circuit board design techniques for EMC compliance. IEE Press series, 2000.

[3] 鄭雪嬌，焦鍵. 基于TMS320C5509DSP的語音處理系統(tǒng)平臺硬件設計. 安徽電子信息職業(yè)技術學院學報, 2014, (5):22-25.

Voice Prompt System of Road Examination Based on Single Chip Microcomputer

Lei Bo, Yang Xianzhao, Zhang Yankui, Dang Jing, Yang Guorui

(College of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

Driving coaches have to be repeatedly shouted in guiding students related operations, which increases the workload of the coaches to a certain extent. At the same time, because the pronunciation of some coaches is not standard, it also brings students into trouble. In view of this situation, this paper takes the STC89C52RC microcontroller as the core and designs a set of voice prompts system. The prompt voices are stored in the voice module, and the coach presses the button to play the command voice according to the road conditions, and the students complete the related operations based on command voice, it greatly reduce the workload of the coach.

road examination; single chip microcomputer; voice prompt; NV020S

TP249

A

1003-4862（2016）03-0057-03

2015-11-09

國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助（201210488066）

雷波（1989-）, 男，本科。研究方向：電子信息工程。