基于Wifi的電子看板語音系統設計實現

趙慧元，孫 魯，蘇 禹，彭文亮

（北京理工大學 珠海學院，廣東 珠海 519085）

基于Wifi的電子看板語音系統設計實現

趙慧元，孫 魯，蘇 禹，彭文亮

（北京理工大學 珠海學院，廣東 珠海 519085）

電子看版廣泛的應用到工業生產領域，文中介紹了一種新型基于arm嵌入式的工業電子看板。和傳統的電子看板系統相比，增加了刷卡認證、視頻監控、語音通話。其中語音通話增強現場的管理，并能實現廣播，給現場人員提供實時培訓等功能。語音系統包括上位機及嵌入式兩部分組成，語音采用adpcm進行壓縮并通過wifi傳輸，通過測試語音輸出清晰、沒有延遲。

電子看板；嵌入式；adpcm；Wifi

電子看板是看板管理和以計算機技術為主的信息技術相結合的一種管理工具[1]。最初是豐田汽車公司于20世紀50年代從超級市場的運行機制中得到啟示，作為一種生產、運送指令的傳遞工具而被創造出來的。

傳統的管理看板放在生產線上，實時顯示生產線相關信息-目標產量、實際產量、合格率等。通過看板，管理者、生產者只要通過看板所表示的信息，就可知道流水線的各項生產情況。管理者根據生產現場的情況反映，對下線進行整個生產調度和協調發布指令的系統。指令越是及時，越有針對性，那么其生產線每個環節的配合就更加默契，更有效率。筆者給出一種新型電子看板，除了傳統看板功能外，增加了刷卡認證、視頻監控、語音通話功能。

1 系統構成

系統構成如圖1所示。

圖1 看板系統Fig.1 E-Kanban system

匯總看板PC機，安裝Windows操作系統、數據庫。分布在各個工作組的電子看板硬件采用了以ARM2440為cpu的開發板。主頻400 MHz，軟件為linux操作系統。開發板上帶有 128 M ram 、64 M Flash、聲卡、usbhost、串口等接口。

嵌入式系統構成參見圖2所示。

圖2 嵌入式開發板硬件結構圖Fig.2 Hardware of embedded system

無線網卡采用了rt3070無線網卡接入[2]：USB接口。攝像頭為USB接口。嵌入式系統帶有聲卡、串口等接口。其中串口和IC卡讀卡器相連，獲取IC卡信息通過無線網絡傳送到上位機，通過數據庫信息認證并記錄相應時間。

各個組根據距離遠近布置無線網絡。如圖3所示，實線部分為工廠有線網絡，虛線部分為無線網絡。

下位機采集現場數據、視頻實時向匯總看板傳輸，并可以通過聲卡傳送實時聲音數據。

2 上位機程序設計

圖3 網絡布線圖Fig.3 Network diagram

語音傳輸采用單聲道，16位，8 000 Hz采樣頻率，每秒采集數據16 k。上位機程序使用delphi編寫，調用windows API-WaveInOpen函數打開設備。并設置：

調用waveInAddBuffer獲取聲音數據，得到的聲音數據采用自適應差分脈沖編碼調制[2]。該算法中對量化步長的調整使用了簡單的映射方法，對于一個輸入的PCM值X（n），將其與前一時刻的X（n-1）預測值做差值 得到 d（n），然后根據當前的量化步長對d（n）進行編碼，再用此sample點的編碼值調整量化步長，同時還要得到當前sample點的預測值供下一sample點編碼使用。通過此算法可將樣點編碼成4bit的碼流，一個符號位和3個幅度位。該算法編解碼簡單只進行相減、查表運算。對CPU要求不高。

壓縮的數據通過idudpclient控件傳輸。參考代碼如下：

idudpclient控件brodcastenable屬性可以打開廣播。采用廣播方式，所有下位機都可以接收到上位機發出的數據包。

Delphi[4]使用IdUDPServer控件監聽端口讀取下位機聲音數據，解碼調用 waveOutOpen（），

waveOutPrepareHeader（），waveOutWrit（）播放聲音。 程序流程參如圖4所示。

圖4 上位機聲音采集及傳輸流程圖Fig.4 Diagram of PC voice acquisition and transmission

3 下位機程序設計

下位機為分布在生產線或者車間內的管理看板。采用linux操作系統。Linux操作系統下把硬件作為一個設備文件。文件位于dev目錄下，文件名為dsp[5-6]，讀取聲音使用read函數，播放使用write函數。下位機軟件同樣啟動兩個線程一個監聽相應的端口獲取壓縮后的聲音數據并解壓播放，另外一個線程采集聲卡數據壓縮后傳送。

1）首先打開設備文件:

fd=open（“/dev/dsp”， oflag）；設置采樣位數、頻率等。

2）建立線程 1：pthread_create。

建立udp網絡連接 sockfd（）

讀取聲卡：

read （fd， inbuf， sizeof（inbuf））；

3）adpcm編碼并傳輸

4）建立線程2

建立udp網絡連接監聽端口，獲取網絡數據，解壓縮。

寫入聲卡設備：

write （fd， outbuf， sizeof（outbuf））；

程序流程參如圖5所示。

圖5 下位機程序框圖Fig.5 Diagram of lower computer

4 結束語

通過實踐，新型管理看板能實時、準確的反映現場的情況。改善了生產及管理信息傳遞性，并且改善了傳統監控的模式，看板安裝方便，無須考慮布線可以根據已有的無線路由自適應組網。此外聲音廣播及上下位機實時語音通話方便了管理人員及操作人員。

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ZHU Yu，FENG Ming-liang Design of embedded network control system based on ARM＆Linux[J].Electronic Design Engineering，2011（19）:120-122.

Design and implementation of E-Kanban voice system based on Wifi

ZHAO Hui-yuan，SUN Lu，SU Yu，PENG Wen-liang
（Zhuhai School of Beijing Institute of Technology，Zhuhai519085，China）

E-Kanban widely used in Industrial production areas The paper introduce a new type E-Kanban.compared with traditional one，the system Add IC card authentication，video monitoring，voice call functions.among them the voice call enhance the work field management， and voice broadcast is also implementation， it can provide real time voice training.The function consists of two parts-position machine and embedded system，voice is compressed by adpcm and transferred by wifi.Through testing，the voice is clear and no delay.

E-Kanban；embedded system；adpcm；Wifi

TP23

A

1674－6236（2012）05-0043-02

2011-12-03稿件編號：201112013

趙慧元（1972—），男，遼寧法庫人，博士，講師。研究方向：嵌入式Linux，電力電子換流器。