梁清梅，楊立

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，大慶163319）

公共汽車為外出的人們提供了方便快捷的服務(wù)，傳統(tǒng)由乘務(wù)人員人工報(bào)站因其效果太差和工作強(qiáng)度太大，在很多大城市已經(jīng)被淘汰。近年來，由于單片機(jī)與各種語音芯片的結(jié)合，可完成語音的合成技術(shù)[1-3]，而使得智能化汽車報(bào)站器的實(shí)現(xiàn)成為可能，并為市民提供了更加人性化的服務(wù)。鑒于傳統(tǒng)公交車應(yīng)用系統(tǒng)的不足之處[4-5]，結(jié)合公交車輛的使用特點(diǎn)及實(shí)際營運(yùn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了一種低成本的由單片機(jī)控制的公交車應(yīng)用系統(tǒng)[6]，包括語音報(bào)站，時(shí)間、日期的顯示，和車內(nèi)溫度的顯示[7]。

1 設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)以單片機(jī)作為控制器件，采用人工按鍵的操作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車站名的語音提示和文字顯示功能。到達(dá)某站時(shí)，司機(jī)或乘務(wù)人員可通過按鍵，使單片機(jī)控制語音芯片。

圖1 總體硬件設(shè)計(jì)框圖Fig.1 Schematic diagram of hardware design

讀取語音信息，通過語音輸出電路進(jìn)行語音報(bào)站提示。同時(shí)，單片機(jī)通過程序讀取文字信息，送入液晶模塊顯示站名，還可將當(dāng)前的溫度和時(shí)間顯示出來。因此得到一種公交車報(bào)站系統(tǒng)的低成本解決方案。

核心部分為單片機(jī)控制器，單元電路主要包括：時(shí)鐘電路、顯示部分、溫度電路、語音播報(bào)電路。單片機(jī)通過程序來控制各部分統(tǒng)一協(xié)調(diào)地來完成各項(xiàng)功能。單片機(jī)選擇AT89S52，外圍電路由時(shí)鐘芯片DS1302[8]、溫度傳感器DS18B20、LCD12864顯示、功能鍵電路、語音芯片ISD4004等組成。語音電路ISD4004具有記錄時(shí)間長、開發(fā)應(yīng)用所需外圍電路簡單的優(yōu)點(diǎn)?？傮w硬件設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用STC89C52作為主控芯片。STC89C52完全兼容傳統(tǒng)51內(nèi)核的單片機(jī)，因此使用的編譯器和指令代碼都和傳統(tǒng)的51單片機(jī)是相同的，而且下載程序方式采用PC機(jī)串口下載，只需要做出電平轉(zhuǎn)換電路即可方便的下載程序到單片機(jī)。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)Fig.2 The smallest single-chip system

最小系統(tǒng)組成包括單片機(jī)，復(fù)位電路，振蕩電路及電源。當(dāng)最小系統(tǒng)接通電源時(shí)，上電瞬間REST端電位與VCC相同，隨充電電流減小REST端電位逐漸下降，復(fù)位電路通過單片機(jī)復(fù)位信號(hào)輸入端REST提供持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的復(fù)位電平使單片機(jī)復(fù)位。振蕩電路為單片機(jī)提供工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，以保證單片機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 時(shí)鐘與溫度電路

時(shí)鐘電路如圖3所示。DS1302工作電壓為2.5～5.5 V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。當(dāng)復(fù)位/片選線RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。

溫度傳感器采用 DS18B20，工作電壓源為3～5 V，在使用中不需要任何的外圍元器件，測(cè)量結(jié)果一般以9～12位數(shù)字量方式串行傳送，測(cè)溫范圍為-55～125℃，固有測(cè)溫分辨率0.5℃。

圖3 時(shí)鐘電路Fig.3 Clock circuit

2.3 語音播報(bào)電路

由單片機(jī)控制的語音播報(bào)電路部分如圖4所示。該電路由ISD4004語音芯片和功率放大電路組成。ISD4004采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中，聲音記錄不需要A/D轉(zhuǎn)換和壓縮，因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)聲音，避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和“金屬聲”。

同相模擬輸入(ANA IN+)是錄音信號(hào)的同相輸入端。輸入放大器可用單端或差分驅(qū)動(dòng)。單端輸入時(shí)，信號(hào)由耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值32 mV，耦合電容和本端的3 KΩ電阻輸入阻抗決定了芯片頻帶的低端截止頻率。差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，信號(hào)最大幅度為峰峰值16mV。反相模擬輸入（ANA IN-）差分驅(qū)動(dòng)時(shí)，是錄音信號(hào)的反相輸入端。信號(hào)通過耦合電容輸入，最大幅度為峰峰值16mV。音頻輸出（AUD OUT）可驅(qū)動(dòng)5 KΩ的負(fù)載。

圖4 語音播報(bào)電路Fig.4 Circuitof speech broadcast

功率放大電路部分，INPUT為音頻輸入端，接ISD語音芯片的音頻輸出端，即AUNOUT引腳。調(diào)試時(shí)主要注意所接電容是否合理，輸入電壓大小如何。圖中POT2為電位器，起調(diào)節(jié)音量大小的作用。用函數(shù)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率為1 KHz的SIN信號(hào)，將此信號(hào)從功率放大器的輸入端INPUT口輸入，然后用示波器觀察TDA2822的輸出端輸出的波形，如果能得到穩(wěn)定、不失真且幅值被放大的正弦波形，則可以證明此功率放大器已經(jīng)通過調(diào)試。

2.4 鍵盤、顯示電路

鍵盤部分把公交車的電門按鈕與報(bào)站系統(tǒng)的報(bào)站按鈕設(shè)置到一起，當(dāng)公交車到達(dá)某站臺(tái)時(shí)，按下此按鈕同時(shí)完成開門和報(bào)站的操作。當(dāng)下一批乘客上車，公交車啟動(dòng)時(shí)，按下此按鈕完成關(guān)門和播報(bào)下一站的站點(diǎn)信息工作；顯示部分采用12864液晶顯示。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可顯示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 日期與時(shí)間設(shè)置及顯示流程圖

圖5 日期與時(shí)間設(shè)置及顯示流程圖Fig.5 Flowchartof date and time setting and display

啟動(dòng)DS1302，然后判斷是否有按鍵按下，如果有setkey被按下，進(jìn)行修改時(shí)間，再判斷是否有setkey按下，如果有根據(jù)相應(yīng)的setkey的值，修改時(shí)間和日期。直到有outkey按下時(shí)，退出時(shí)間的修改。如果沒有鍵按下，就直接讀時(shí)間操作。

3.2 語音播報(bào)流程圖

ISD4004上電，初始化，看是錄音鍵按下還是放音按下，如果錄音按下進(jìn)行錄音操作，看是否正在錄音，是就停止錄音，不是就送錄音命令；如果是放音鍵按下，就進(jìn)行放音操作，看是否正在放音，如果正在放音就發(fā)送停止命令，否則就發(fā)送放音命令。如果沒有按鍵按下就等待按鍵按下。

圖6 語音播報(bào)流程圖Fig.6 Flowchartof circuit of speech broadcast

4 小結(jié)

在設(shè)計(jì)中，將所要播報(bào)的站名和服務(wù)語音錄到ISD4004中，并在公交車到達(dá)某站點(diǎn)，用鍵盤控制系統(tǒng)工作，通過語音電路輸出語音信息和提示，同時(shí)在液晶12864上顯示時(shí)間、日期和溫度，通過設(shè)置鍵來更改時(shí)間和日期。最后，通過實(shí)物焊接以及軟件調(diào)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性與實(shí)用價(jià)值。

［1］胡偉.單片機(jī)C語言設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：人民郵電出版社，2003.

［2］劉海成.單片機(jī)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與實(shí)踐［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

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［4］周國雄，許明情.城市公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用［J］.裝備制造技術(shù)，2007（4）：109-111.

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［6］郭琳審.音頻功放設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2009.

［7］韓靜，王熙.由單片機(jī)串口擴(kuò)展的多位LED顯示接口電路［J］.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2007（6）：42-45.

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