景點智能語音導游器設計

賈艷麗，楊明剛

（淮安信息職業技術學院 電子工程學院，江蘇 淮安 223003）

隨著人們生活水平的提高，旅游成為人們節假日的常規休閑模式。人們開始策劃自己的旅程，度假式自助旅游逐漸興起。而自助導游類服務成為旅游者最為期待的服務。為應對這種需求，國家旅游局規定國家4A級以上旅游景點應當具備電子導游服務系統為自助旅游服務。由此，我國興起了電子導游系統的研制開發。很多景點因為巨額資金投入等原因尚未安裝電子導游服務系統，部分景點安裝的主要是游客攜帶的數碼按鍵式電子導游機[1-2]，游客除了購買門票外，還需再花錢租用電子導游機，一定程度上限制了“電子導游”的使用。

目前，在江蘇省，電子導游服務系統只出現在蘇州、揚州、無錫、南京等少數城市的少數景點，很多游客對于電子導游還很陌生，無法體會到電子導游帶來的時尚服務。因此，開發低成本、靈活多樣的電子導游產品勢在必行。在固定景點上使用紅外自動感應式的電子導游系統相對而言成本較低[3-4]，可以作為中小型景點從 “人工導游喇叭式講解系統”向“電子導游時尚服務系統” 轉變的一種方式，本文研究的“景點智能語音導游器”就是基于這個目的而開展的。

本文設計的基于AT89C2051單片機的景點智能語音導游器，利用紅外傳感器檢測有無人來，并采用相當于MP3的UM011語音模塊播放每個景點的導游詞。本設計產品小巧輕便，方便安裝在景點入口位置，只要游客經過景點，就會自動播報導游詞，從而實現景點的智能語音導游。

1 總體方案設計

本文設計的景點智能語音導游器包含硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括供電電路、紅外傳感器、光隔離電路、MP3語音播放模塊、單片機主控模塊及其時鐘電路，如圖1所示。在紅外傳感器模塊與單片機之間加一級光隔離電路，用來遠距離傳輸信號，如果是近距離檢測有無游客到來，則可以省略光隔離電路。供電模塊需要提供+8 V和+5 V 2個直流電壓。其中，+8 V為紅外傳感器供電，+5V為單片機、語音播放模塊和光隔離電路供電。

軟件部分主要是單片機編程，利用單片機的串行口控制MP3語音模塊的播放、停止以及狀態檢測。當有人進入檢測區時，熱釋電紅外傳感器會有一個直流電壓信號輸出，當單片機的I/O口檢測到紅外傳感器的輸出電壓時，在單片機串行口指令的控制下，MP3語音模塊會自動播放事先存儲的MP3格式的導游詞。

圖1 總體方框圖

2 硬件單元電路設計

2.1 供電電路

單片機的+5 V供電電路如圖2所示，主要由12 V的直流穩壓電源和三端集成穩壓器LM7805組成。

圖2 單片機+5 V供電電路

紅外傳感器的+8 V供電電路如圖3所示，主要由12 V的直流穩壓電源和三端集成穩壓器LM7808組成。

圖3 紅外傳感器+8V供電電路

2.2 紅外傳感器和光隔離電路

本文采用的是熱釋電紅外傳感器，這是一種能檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號的傳感器。當人體進入檢測區，因人體溫度與環境溫度有差別，產生溫度差，傳感器輸出端口相應地有電壓信號輸出。由于人體感應器模塊屬于高度敏感的器件，它對電源要求很高，必須經過良好的穩壓濾波，例如9 V的層疊電池就可能因為內阻較大不能正常工作。因此，本文采用LM7808穩壓芯片穩壓后再經過電容濾波后供電，如圖3所示。本設計采用BISS0001型號的紅外人體檢測模塊，該模塊有3個輸出腳：1腳接地；3腳接直流電壓+4.5～24 V；2腳是輸出腳，有人在檢測區時輸出3 V高電平，無人時輸出0 V低電平。其他技術參數有：感應角度為110°，感應距離為 0.5 m～7 m，觸發時間為 0.5 s～200 s，觸發方式有重復和不重復兩種。

圖4是紅外傳感器與光隔離電路，圖中晶體管Q1用作開關管。當有人進入檢測區時，紅外傳感器的2腳輸出高電平，Q1導通，發射極電流經R3流入光隔離器輸入端的發光二極管，使發光二極管發光，光隔離器輸出端的光敏三極管繼而導通，輸出為低電平，送給單片機的P1.7端口。

圖4 紅外傳感器與光隔離電路

2.3 單片機和語音播放模塊

本設計采用的語音播放模塊是一個插上U盤即可播放U盤里的MP3文件的音樂模塊，它可以很方便地嵌入到設備中，同時提供一個主USB HOST接口，插上U盤即可播音樂。本設計則是通過單片機串口發送指令控制該模塊播放導游詞。

將單片機的串口與MP3的串口（JP1）相連接控制音樂的播放，其波特率為 9 600 b/s，數據位為 8 bit，停止位為1 bit。具體的指令功能如表1所示。

表1 各指令功能

（1）表1中的命令格式分別為：字節1為起始位，字節2為后續字節長度，字節3為命令字，字節4為曲目號（只有Index命令有此字段）。

（2）所有預設命令第一個字節為02，接收到正確命令時，串口返回02 30；接收到不能識別的命令，則返回02 31。

（3）接收到第一個字節不是02的命令時，不作處理，也不會有任何反饋信息。

由于本文設計的是固定景點的智能語音導游器，一般MP3語音播放模塊只存儲一個景點的導游詞即可，因此只用到表1中的Play及Stop等少數幾個指令。

AT89C2051單片機與MP3語音播放模塊的連接電路如圖 5所示。MP3模塊的 2、3、4腳分別與單片機的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）、P3.2（INT0）相連接。 當單片機的 P3.0（RXD）輸出高電平時，MP3開始播放音樂；當單片機的 P3.1（TXD）輸出高電平時，MP3停止播放音樂；MP3的4腳是狀態信號線，當單片機的 P3.2（INT0）輸出高電平時，表示MP3正在播放音樂。單片機的P1.7端口用于檢測紅外傳感器有無電壓信號輸出，低電平有效，即當P1.7=0時，表示有游客進入檢測區。

圖5 單片機及其時鐘電路與MP3語音播放模塊

3 軟件流程

在軟件編程方面，單片機需要實時檢測紅外傳感器的輸出，并通過串行口指令控制UM011語音模塊的播放與停止。主程序的軟件流程如圖6所示。

利用單片機的P1.7端口檢測紅外傳感器有無電壓信號輸出，低電平有效。當有游客進入檢測區時，P1.7=0；此時利用中斷查詢的方式檢查MP3語音模塊是否處在空閑狀態，如果單片機的P3.2（INT0）輸出低電平，則表示可以播放音樂；通過調用指令，給單片機的P3.0（RXD）輸出高電平，則MP3就開始播放音樂。

圖6 主程序流程

4 調試結果

本設計產品的初步調試在實驗室進行，由直流穩壓電源提供+12 V電壓，先調試單元電路部分，最后是軟硬件的聯合調試，具體調試過程如下。

（1）紅外傳感器和光隔離電路調試。用萬用表分別測量紅外傳感器的2腳輸出電壓U1和光隔離器的輸出端電壓U2。當檢測區無人時，萬用表的測量值分別為U1=0 V，U2=4.96 V；當有人在傳感器前經過時，萬用表的測量值分別為U1=2.86 V，U2=0 V。

（2）MP3語音播放模塊與單片機聯合調試。在MP3語音播放模塊中用U盤存放一首音樂，將軟件程序下載到AT89C2051單片機中，完成與紅外傳感器和光隔離電路的連接，通電調試。當有人在紅外傳感器旁出現時，MP3就會自動播放事先存放的音樂。

圖7為游客稀少情況下景點智能語音導游器工作時序圖。第一個人出現時，MP3模塊開始播放語音，播放一曲即停止，直到第二個人出現時又開始播放下一曲。因此，若要實現語音導游的定點循環播放，需要在U盤里存儲多個相同的語音導游詞，但它們的名稱不同。

圖8為游客密集情況下景點智能語音導游器工作時序圖。第一個人出現時，MP3模塊開始播放語音，在這首音樂還沒有播放完畢之前，第二人出現，觸發MP3模塊播放下一曲。

圖7 游客稀少情況下景點智能語音導游器工作時序圖

圖8 游客密集情況下景點智能語音導游器工作時序圖

本設計產品小巧輕便，方便安裝在景點入口位置，只要游客進入景點，就會自動循環播放導游詞，從而實現景點的智能語音導游。初步試驗證明，本產品工作性能良好，可適用于中小型旅游景點、游樂場和博物館等場合的智能語音導游。本項目采用AT89C2051單片機作為微控制器，設計了智能語音導游器。由于采用了USB接口的MP3語音模塊可以很方便地從網上下載各種MP3格式的導游詞，這樣就可以在每個景點聽到有音樂伴奏的該景點的歷史典故傳說，享用這種時尚的智能語音導游系統的服務，這將使我國傳統旅游業手持電喇叭的導游講解方式成為歷史。

把本設計應用到景點時，必須接220 V的市電進行供電，那么本文中的供電電路必須修改，將12 V穩壓電源替換為220 V交流電經變壓器降壓和橋式整流后再接到三端集成穩壓器上。另外還要考慮本產品外殼的包裝設計。

[1]齊琳.電子導游在我國旅游景點的應用前景分析[J].商場現代化，2006（486）：130-131.

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