王琰

(南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)控制系，南京 210048)

基于RFID技術(shù)的智能語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

王琰

(南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動(dòng)控制系，南京 210048)

提出一種基于RFID(射頻識(shí)別)和單片機(jī)技術(shù)的智能語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)方案。采用RFID讀卡器讀取RFID電子標(biāo)簽信息,通過串口發(fā)送給AT89S52單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)控制語(yǔ)音模塊，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確播報(bào)。實(shí)驗(yàn)證明, 該系統(tǒng)具有很好的卡片識(shí)別和準(zhǔn)確播報(bào)能力,為旅游景點(diǎn)和博物館自助講解、公交車站自動(dòng)報(bào)站等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

AT89S52；RFID；語(yǔ)音模塊；電子標(biāo)簽

引 言

射頻識(shí)別( Radio Frequency Identification，RFID)作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別新技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展并逐步走向成熟。其原理是基于無(wú)線射頻信號(hào)的傳輸特性，進(jìn)行非接觸式自動(dòng)識(shí)別，從而自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)對(duì)象，獲取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換。最常見的識(shí)別方法是一個(gè)串行存儲(chǔ)號(hào)碼識(shí)別一個(gè)人或物體[1]。在此介紹一種基于RFID和單片機(jī)技術(shù)的智能語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于旅游景點(diǎn)自助導(dǎo)游、博物館自助講解、公交車站自動(dòng)報(bào)站等場(chǎng)合。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由兩大部分組成:RFID電子標(biāo)簽和智能終端。RFID電子標(biāo)簽內(nèi)部由RFID晶片和外界線圈組成，每張電子標(biāo)簽有唯一的ID號(hào)。智能終端主要包括AT89S52單片機(jī)、最小系統(tǒng)電路、RFID讀卡器、語(yǔ)音模塊等。其中語(yǔ)音模塊由WT588D語(yǔ)音芯片、編程器和用于語(yǔ)音下載、編程、模式設(shè)置的上位機(jī)軟件WT588D VioceChip組成。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

智能終端在有效讀取范圍內(nèi)檢測(cè)到RFID電子標(biāo)簽時(shí)，產(chǎn)生串行中斷，單片機(jī)通過RXD引腳讀取并存儲(chǔ)電子標(biāo)簽ID值，然后查詢與讀取的ID號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音地址，單片機(jī)通過一線串口控制模式控制語(yǔ)音模塊完成對(duì)應(yīng)語(yǔ)音信息的準(zhǔn)確播報(bào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 RFID讀卡器模塊DM-S28140

本系統(tǒng)采用中科鷗鵬公司的串口通信版DM-S28140讀卡器模塊實(shí)現(xiàn)RFID電子標(biāo)簽的ID值的讀取。DM-S28140讀卡器具有低功耗被動(dòng)讀取RFID標(biāo)簽、串口通信、波特率為2 400 bps、輸入使能允許軟件啟用或禁用等特點(diǎn)?？梢宰x取EM4100無(wú)源只讀系列125 kHz標(biāo)簽卡，每個(gè)標(biāo)簽包含一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，由RFID讀卡器讀取后，通過串行接口傳輸。

2.1.1 讀卡原理

當(dāng)RFID讀卡器工作時(shí)，讀卡器的控制電路將電流注入線圈，產(chǎn)生低頻電磁場(chǎng)。若RFID電子標(biāo)簽放置在有效讀取范圍內(nèi)(10 cm內(nèi))，電子標(biāo)簽的線圈就會(huì)感應(yīng)低頻電磁場(chǎng)，共振耦合產(chǎn)生電流，供給其晶片足夠的電源，在充分的電源供應(yīng)下，晶片就可以將內(nèi)存中唯一的ID信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，傳送給讀卡器。只要有充分的電源，電子標(biāo)簽就會(huì)持續(xù)不斷地發(fā)送ID值。

2.1.2 硬件連接

RFID讀卡器串行接口版本可以與微控制器僅用4個(gè)信號(hào)(VCC、/ENABLE、SOUT、GND)互連。讀卡器外觀及引腳功能如圖2所示[2]。其中，SOUT連接到AT89S52的P3.0(RXD)引腳實(shí)現(xiàn)串口通信，使能引腳/ENABLE由P3.2控制。

AT89S52與WT588D的連接如圖3所示。選擇AT89S52 P1.4引腳連接AT89S52 RESET控制復(fù)位信號(hào),AT89S52的P1.5引腳連接P03作為數(shù)據(jù)輸出端，選擇PWM音頻輸出方式，PWM引腳接至揚(yáng)聲器。

圖2 讀卡器外觀及引腳功能

圖3 單片機(jī)與讀卡器及語(yǔ)音芯片的連接

2.1.3 通信協(xié)議

當(dāng)RFID射頻識(shí)別卡開始工作時(shí)，且RFID標(biāo)簽放置在有效讀取的范圍內(nèi)，唯一的ID以12位ASCII字符串方式發(fā)送給主機(jī)，如圖4所示。

其中，起始位和停止位有助于識(shí)別一個(gè)正確的接收信息串，中間10位是實(shí)際標(biāo)簽唯一ID號(hào)。

起始位唯一號(hào)停止位0x0A位1位2位3位4位5位6位7位8位9位100x0D

圖4 ASCII字符串格式

2.2 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊包括16個(gè)引腳的語(yǔ)音芯片WT588D、一個(gè)對(duì)語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音下載的編程器和上位機(jī)軟件VioceChip。WT588D語(yǔ)音芯片是一款可重復(fù)擦除燒寫的語(yǔ)音單片機(jī)芯片。表1為各個(gè)引腳的功能描述。

圖5為一線串口控制模式時(shí)序及電平占空比示意圖[3]。配套WT588D VioceChip上位機(jī)操作軟件可隨意更換WT588D語(yǔ)音單片機(jī)芯片的任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可，可控制220個(gè)語(yǔ)音地址，每個(gè)地址位能加載組合128段語(yǔ)音。支持 DAC/PWM 兩種輸出方式，PWM 輸出可直接推動(dòng) 0.5W/8Ω 揚(yáng)聲器。 支持加載 WAV 音頻格式，以及MP3 控制模式、按鍵控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式。本系統(tǒng)采用一線串口控制模式接收待合成的文本，直接合成為語(yǔ)音輸出。

表1 WT588D-16PIN引腳功能表

圖5 一線串口控制模式時(shí)序及電平占空比

一線串口只通過一條數(shù)據(jù)通信線控制時(shí)序，依照電平占空比不同來(lái)代表不同的數(shù)據(jù)位。先拉低 RESET復(fù)位信號(hào)5 ms，然后置于高電平等待17 ms，再將數(shù)據(jù)信號(hào)拉低5 ms，最后發(fā)送數(shù)據(jù)。高電平與低電平數(shù)據(jù)占空比為1∶3，代表數(shù)據(jù)位0；高電平與低電平數(shù)據(jù)位占空比為3∶1，代表數(shù)據(jù)位1。高電平在前，低電平在后。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主函數(shù)及語(yǔ)音編程

圖6 主函數(shù)流程

軟件系統(tǒng)主要由主函數(shù)main、讀卡函數(shù)getRFID()、語(yǔ)音播放函數(shù)Send_oneline(uint8_t cmd)組成。主函數(shù)完成系統(tǒng)初始化(定義標(biāo)簽卡ID數(shù)組)、調(diào)用讀卡函數(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽卡ID信息的讀取、查詢ID卡號(hào)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音地址、調(diào)用語(yǔ)音播報(bào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)信息的準(zhǔn)確播報(bào)。流程圖如圖6所示。

值得注意的是，播放的語(yǔ)音必須下載到語(yǔ)音芯片SPI-Flash存儲(chǔ)器中，通過語(yǔ)音編程器及VioceChip上位機(jī)軟件進(jìn)行語(yǔ)音模塊的編程(即語(yǔ)音的裝載、模式設(shè)置等)，編程流程如圖7所示。

語(yǔ)音下載后，須將語(yǔ)音地址與下載的語(yǔ)音文件一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，這是單片機(jī)讀取語(yǔ)音并且準(zhǔn)確播報(bào)的重要參考點(diǎn)，語(yǔ)音地址對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所列。

表2 語(yǔ)言地址對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖7 語(yǔ)音編程流程

3.2 讀卡功能的實(shí)現(xiàn)

讀卡函數(shù)getRFID()程序流程圖如圖8所示。首先進(jìn)行UART初始化，當(dāng)讀卡器檢測(cè)到標(biāo)簽卡時(shí)產(chǎn)生串行中斷，按照12位通信協(xié)議按位讀取數(shù)據(jù)，直到接收到停止位0x0D結(jié)束。

截取有效數(shù)據(jù)后4個(gè)字節(jié)，有效數(shù)據(jù)是指每個(gè)字節(jié)的大小在指定范圍內(nèi)(即0x30～0x46),對(duì)應(yīng)字符為0～F，程序中只需要0x0D(停止字節(jié))前的4個(gè)字節(jié)。

例如這4個(gè)字節(jié)分別為0x41、0x32、0x36、0x46,對(duì)應(yīng)的字符為A26F，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，則數(shù)值等于41 583。因此，主程序定義的標(biāo)簽卡數(shù)組元素應(yīng)為每個(gè)標(biāo)簽卡后5位十進(jìn)制ID對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。

圖8 讀卡程序流程圖

3.3 語(yǔ)音播報(bào)功能的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)圖3和圖5,語(yǔ)音播報(bào)函數(shù)Send_oneline(uint8_t cmd) 程序流程圖如圖9所示。函數(shù)中的形參cmd即語(yǔ)音的地址。

圖9 語(yǔ)音播報(bào)程序流程圖

結(jié) 語(yǔ)

本文使用AT89S52單片機(jī)、DM-S28140讀卡器和WT588D語(yǔ)音模塊，配合RFID電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)了智能語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)。

[1] 康東，石喜勤，李勇鵬.射頻識(shí)別(RFID)核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]深圳中科鷗鵬智能科技有限公司.28340-RFIDreader-v2.2pdf [EB/OL].[2014-09].http://www.szopen.cn/uFile/4296/2012108144349451.pdf.

[3]廣州唯創(chuàng)科技有限公司.WT588D語(yǔ)音芯片及模塊資料[EB/OL].[2014-09].http://www.szopen.cn/uFile/4296/2012108144458578.pdf.

王琰(講師),主要研究方向?yàn)闄C(jī)電控制技術(shù)。

Intelligent Voice Broadcast System Based on RFID

Wang Yan

(Department of Automatic Control,Nanjing College of Chemical Technology,Nanjing 210048,China)

This paper proposes an intelligent voice broadcast system based on the technology of RFID (radio frequency identification devices) and microcontroller.The system uses RFID reader reading RFID tag messages,then sends data to AT89S52 through the serial port.The microcontroller can achieve accurate broadcast according to the

data to control voice module.The experiment results show that this system has a good ability of identify and broadcast, and it provides a reference for research on self-help explanation of tourist spots and museums and automatic report station of bus station.

AT89S52;RFID;voice module;electronic tags

2013江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201312920004Y)。

TN92

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?迪娜

2014-09-28)