智能車載語音播報系統設計

劉暢，王忠華，李自強

（南昌航空大學信息工程學院，南昌330063）

1 引言

社會經濟的發展使人們生活水平不斷提高，但同時也使得環境問題更加突出。公交作為一種低碳環保的交通工具是許多人出行的首選，乘坐公交出行也減小了城市交通的壓力。智能車載語音播報系統相較于傳統手動報站系統，減少了公交司機的工作強度，更加方便，更加安全[1]。因此，智能車載語音播報系統的設計與實現具有重要的實際意義及實用價值。

本文對智能車載語音播報系統的設計作了詳細介紹，包括系統方案設計、系統硬件設計、系統軟件設計。系統硬件介紹包含了硬件芯片的介紹及硬件構成的介紹。系統軟件介紹包含了系統的軟件功能介紹及軟件流程圖介紹。

2 系統方案設計

整個系統分為兩個部分，一部分是車載系統，另一部分是站臺系統。車載系統安置在車上，需要對車輛進行定位[2]。站臺系統放置于站臺，通過到站指示牌展示到站信息。車載系統分為主控模塊、GPS 定位模塊、鍵盤模塊、GSM 通信模塊、語音模塊、顯示模塊。站臺系統分為主控模塊、GSM 通信模塊、到站指示牌模塊[3,4]。系統工作時，首先GPS 模塊啟動，車載系統顯示行駛方向選擇界面，用戶選擇行駛方向，之后顯示播報方式選擇界面。選擇手動播報模式就需要手動按鍵觸發報站。選擇自動播報模式時，車載系統顯示時間、經緯度、到站情況等信息。當車載系統所在點的經緯度信息與系統內存儲的站點經緯度信息匹配時，語音播報模塊自動進行語音播報，顯示模塊顯示到站信息，同時車載系統上的GSM 通信模塊向站臺系統的GSM 模塊發送到站信息[5]。站臺系統接收到到站信息后對信息進行處理，控制到站指示牌模塊展示到站信息。

3 系統硬件設計

本文的智能車載語音播報系統含有主控模塊、GPS 定位模塊、鍵盤模塊、GSM 通信模塊、語音模塊、顯示模塊、到站指示牌模塊。顯示模塊主要由LCD12864 構成，用來顯示時間、經緯度及到站信息[6,7]。到站指示牌模塊由多個雙色LED 燈組成，通過燈的亮滅及顏色情況來指示到站情況。其他模塊硬件設計如下。

3.1 主控模塊硬件設計

主控模塊對其他模塊起到控制的作用，同時也承擔著數據處理的任務[8]。本文選用的單片機為STM32 系列單片機，具體型號為STM32F103C8T6。其是一款基于ARM Cortex-M3 的32 位單片機，其處理速度快，頻率可達72MHz，含有多種外設接口，能夠滿足本次設計的精度要求及實時性要求[9]。

3.2 GPS 定位模塊硬件設計

GPS 定位模塊用來確定車載系統所在位置的經緯度，以此來確定開始語音播報的地點或時機。本文選用的GPS 定位模塊為NEO-6M 模塊。其工作電壓范圍為2.7～3.6V，典型值為3.0V，帶有UART、USB、SPI、DDC（兼容I2C）接口及RTC 晶振。為了使得GPS 定位模塊的穩定性及實時性更好，GPS 天線選用SMA 接口的有源天線。工作時，首先由天線接收衛星信號，信號經過功放電路后輸入NEO-6M 芯片，由NEO-6M 芯片進行數據的處理之后將經緯度等信息傳送到主控模塊。

3.3 GSM 通信模塊硬件設計

GSM 通信模塊用來使車載系統與站臺系統通信。本文選用的GSM 模塊為SIM900A 模塊。此模塊包含SIM900A 芯片外圍電路、電平轉換電路及SIM 卡接口電路。SIM900A 是一款兩頻的GSM 芯片，具有多種通信接口，便于應用。電平轉換電路的應用芯片為MAX232A，用來使GSM 模塊能于主控模塊順利地進行通信。SIM 卡接口電路用來接入SIM 卡，車載系統與站臺系統的通信通過SIM 卡的短消息功能來完成。

3.4 語音模塊硬件設計

語音模塊選用的語音芯片為JQ8900，此芯片支持MP3 及WAV 硬件解碼，支持多種采樣率，還支持將SPI Flash 模擬成U 盤，便于對Flash 進行讀寫操作，使語音音頻的載入及更換非常方便。當語音模塊收到播報語音的命令時，先從SPI Flash中讀出對應的語音音頻，經過解碼及DAC 后輸出音頻模擬信號，再經過放大電路放大，最后通過揚聲器發出語音，提示到站。

4 系統軟件設計

本系統軟件部分的主要任務是基于STM32 單片機來設計上述各硬件模塊的驅動程序和主控模塊的主程序。各子模塊程序依次要實現GPS 定位，站臺初始化，距離判定，語音播報和GSM 短信收發等功能。

整個系統的工作過程為：當系統開機后，首先根據顯示屏的提示，通過按鍵依次選擇車輛的行駛方向和播報方式（播報方式分為自動播報和手動播報）。當選擇自動播報時，GPS 模塊開始定位車輛位置并將其與目標站臺的經緯度進行比較，計算兩者間的距離，當距離小于設定值時，顯示屏將顯示到站，語音模塊播報語音，GSM 通信模塊向站臺發送短信，站臺GSM 模塊接收讀取短信后，控制對應的LED 指示燈的亮滅。當選擇手動播報時，不通過GPS 定位，按下按鍵即播報下一站，其余功能與自動播報方式相同。該系統軟件程序具體執行過程的主控模塊程序流程如圖1 所示。

5 結語

圖1 主控模塊程序流程圖

本文設計的智能車載語音播報系統通過嵌入式技術、GPS定位技術及GSM 通信技術，實現了GPS 定位、自動語音報站、信息顯示及到站指示等功能。該系統含有手動播報及自動播報兩種工作模式。同時，此系統還有許多空余接口，可以根據實際應用需求對系統進行增改。其精度及實時性能夠滿足公交智能報站的需求，具有很高的實用性及良好的發展前景。