馬尾船政文化景區(qū)智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉文武

摘要：以STC89C52單片機(jī)為控制核心，利用高頻射頻收發(fā)芯片nRF24L01無線收發(fā)模塊、語音合成模塊、液晶顯示模塊等組成電子導(dǎo)游系統(tǒng)硬件，設(shè)計(jì)電子導(dǎo)游系統(tǒng)功能軟件，使導(dǎo)游機(jī)能自動(dòng)接收景點(diǎn)射頻基站發(fā)出的信號(hào)，并啟動(dòng)相應(yīng)景點(diǎn)語音自動(dòng)播放功能，液晶同步顯示相應(yīng)景點(diǎn)信息。實(shí)踐測試表明：該系統(tǒng)可靠性高，成本低，操作簡便，播放的語音音質(zhì)清晰。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)；nRF24L01；XFS5152CE；語音合成芯片

中圖分類號(hào)：TP342 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）06-0203-02

1 引言

福州馬尾是中國船政文化的發(fā)祥地、中國近代海軍的搖籃。馬尾船政文化景區(qū)主要包括中國船政文化博物館、馬江海戰(zhàn)紀(jì)念館、馬限山公園、羅星塔公園、船政天后宮和馬尾造船廠等多處文化景點(diǎn)。由于景點(diǎn)豐富，位置各異，文化內(nèi)容多，游客多，游客希望對相關(guān)的景點(diǎn)文化知識(shí)學(xué)習(xí)了解，但傳統(tǒng)人工導(dǎo)游因成本高、人員缺乏、服務(wù)水平差異大，難以滿足景區(qū)日益增多的游客量的需求。景區(qū)智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)可以很好的解決這些問題，游客無需人工導(dǎo)游即可隨時(shí)收聽景點(diǎn)或展品的介紹，并且可以得到多語種的解說服務(wù)，具有費(fèi)用低、語種多、自主性強(qiáng)、解說規(guī)范、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)使用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，事先給每個(gè)景點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，將nRF24L01無線通信模塊放置在各個(gè)相應(yīng)編號(hào)的景點(diǎn)位置，當(dāng)游客拿著導(dǎo)游機(jī)走進(jìn)該景點(diǎn)信號(hào)覆蓋區(qū)域時(shí)，就會(huì)接收到相應(yīng)射頻基站發(fā)送的編碼信息，導(dǎo)游機(jī)根據(jù)收到的編碼信息將預(yù)存在系統(tǒng)的景點(diǎn)文本信息通過單片機(jī)以指定的方式發(fā)送到語音合成播放模塊進(jìn)行語音播放，液晶屏幕同步顯示景點(diǎn)相關(guān)信息。當(dāng)游客移步換景時(shí)，智能導(dǎo)游機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤和切換。

2.2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由單片機(jī)主控模塊、操作鍵盤模塊、電源模塊、nRF24L01無線收發(fā)模塊、12864LCD液晶顯示模塊、語音合成播放模塊等組成。如圖1所示。

系統(tǒng)硬件電路如圖2所示，其中nRF24L01是由NORDIC生產(chǎn)的工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發(fā)器芯片，工作在增強(qiáng)型“SchockBurst”模式，使得系統(tǒng)整體的性能和效率提高。YS-XFSV2高端語音合成模塊是以科大訊飛XFS5152為語音合成芯片，真人發(fā)音，可實(shí)現(xiàn)中文、英文語音合成，與單片機(jī)之間采用I2C通信方式，通過單片機(jī)發(fā)送“5位幀頭+文本”的指令格式進(jìn)行語音播放，文本即為需要播放的內(nèi)容。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

用單片機(jī)的I/O口P1口模擬SPI口對nRF24L01射頻芯片進(jìn)行通信控制。系統(tǒng)nRF24L01無線模塊收發(fā)模塊采用Enhanced ShockBurstTM 收發(fā)模式，自動(dòng)處理字頭和CRC效驗(yàn)碼。單片機(jī)通過控制射頻收發(fā)芯片nRF2401的MOSI、MISO、SCK、/RST位來控制nRF24L01模塊接收與發(fā)射信號(hào)。本系統(tǒng)暫設(shè)置了8個(gè)景點(diǎn)編號(hào)，將景點(diǎn)編號(hào)信息存放在單片機(jī)寄存器中，可以使用開關(guān)K1、K2按鍵來控制單片機(jī)的外部中斷（P3.2為 INT0，P3.3為 INT1）來實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)編號(hào)的變化，K1控制編號(hào)減，K2控制編號(hào)加。

景點(diǎn)射頻基站設(shè)備的單片機(jī)首先配置其無線模塊nRF24L01寄存器位PRIM_RX為低，CSN為低，把接收節(jié)點(diǎn)地址TX_ADDR和基站設(shè)備的ID編號(hào)有效數(shù)據(jù)TX_PLD按照時(shí)序由SPI口寫入nRF24L01緩存區(qū)，然后CE置為高電平并保持至少10μs，基站nRF24L01模塊無線發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)手持導(dǎo)游機(jī)nRF24L01無線模塊檢測到有效的地址和CRC時(shí)，就將基站的ID號(hào)碼信息數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在RX FIFO寄存器中，同時(shí)中斷標(biāo)志位RX_DR置高，IRQ變低，產(chǎn)生中斷，在中斷子程序中由單片機(jī)判斷識(shí)別出編號(hào)，調(diào)出事先存放在單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器里的對應(yīng)編號(hào)的景點(diǎn)信息進(jìn)行景點(diǎn)語音播報(bào)，液晶同步文字顯示，每次景點(diǎn)信息只播放一次，不重復(fù)播放，按復(fù)位鍵可以重復(fù)播放。同時(shí)可以通過控制基站及時(shí)發(fā)送實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)或者緊急通知信息顯示在導(dǎo)游機(jī)液晶屏上。

4 結(jié)語

通過給nRF24L01無線模塊擴(kuò)展PA（功率放大器）和LNA（低噪聲放大器），可以有效增加通信距離，同時(shí)可以對天線進(jìn)行調(diào)整和在程序中選擇適當(dāng)傳輸速率來調(diào)節(jié)nRF24L01模塊的傳輸距離，使得相應(yīng)景點(diǎn)基站信號(hào)在景區(qū)范圍全覆蓋。智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)經(jīng)測試表明，工作穩(wěn)定，操作方便，播放語音音質(zhì)清晰。智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)能為游客提供更加全面客觀的服務(wù)，大大提升船政文化的知名度和影響力，有助于馬尾打造海峽旅游品牌，從而增加游客的流量，加快馬尾船政文化景區(qū)旅游業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]M Kenteris，D Gavalas，D Economou.Mytilene E-guide： a multiplatform mobile application tourist guide exemplar.Multimedia Tools and Applications，2011，54（2）：241-262.

[2]王雪坤，賈海天，施連敏.基于nRF24L01和MP3模塊的智能導(dǎo)游系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012，25（3）：87-88.

[3]張金昌，李博，馮小琴.nRF24L01在智能電子導(dǎo)游系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].數(shù)字通信，2012，39（2）：88-90.

[4]肖艷林，宣宗強(qiáng)，李杰.基于單片機(jī)的電子導(dǎo)游系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007，（8）：37-38.endprint