遙控式駕駛員科目三考試語(yǔ)音提示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張焱魁　黨景　楊國(guó)瑞　楊賢昭　雷波

摘 要：駕校教練在指導(dǎo)學(xué)員時(shí)需要反復(fù)進(jìn)行提示操作，這無(wú)疑會(huì)使駕校教練的工作量加大；同時(shí)一些教練普通話發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)給學(xué)員帶來(lái)困擾。針對(duì)這種情況，本文設(shè)計(jì)一套基于STC89C52RC單片機(jī)的語(yǔ)音提示系統(tǒng)，將考試所需的提示語(yǔ)音存儲(chǔ)在語(yǔ)音模塊中，教練員根據(jù)路面情況通過(guò)遙控器按下相應(yīng)的按鍵，系統(tǒng)就會(huì)播放對(duì)應(yīng)語(yǔ)音指令，學(xué)員根據(jù)語(yǔ)音指令完成相關(guān)操作，該語(yǔ)音提示系統(tǒng)可以大大減輕教練工作量。

關(guān)鍵詞：駕駛員科目三考試；遙控；語(yǔ)音提示；NV020S

中圖分類號(hào)：TP249 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2163（2015）06-

Abstract： Coaches need to repeat the instructions in guiding the students， which will undoubtedly increase the workload of the driving instructor. At the same time， Mandarin pronunciation of some coaches is not standard will bring trouble to the students. In view of this situation， this paper designs a set of voice prompts system based on the STC89C52RC， the prompt pronunciation will be stored in the voice module， the coaches presses the remote control button to play the command voice according to the road conditions， the system will play the corresponding voice commands. Therefore students complete the relevant operation according to voice commands. The voice prompt system can greatly reduce the workload of the coach.

Keywords：Driver Subject Three Test； Remote-controlled； Voice Prompt； NV020S

0引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與機(jī)動(dòng)車保有量的日漸遞增，考駕照的人數(shù)也隨之增加。與之相適應(yīng)，駕校教練員的教學(xué)任務(wù)也日趨繁重。教練在訓(xùn)練學(xué)員時(shí)需要反復(fù)喊出訓(xùn)練指令，長(zhǎng)期下來(lái)教練員的工作量將難堪重負(fù)。同時(shí)，由于一些教練員普通話發(fā)音并不標(biāo)準(zhǔn)，也將給學(xué)員執(zhí)行操作帶來(lái)困擾。在此研究背景下，如何利用先進(jìn)的科技手段減輕教練員的工作負(fù)荷，并增進(jìn)教練員的授課實(shí)效，便成了當(dāng)下需要關(guān)注考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。為此，本文開展了遙控式駕駛員考試語(yǔ)音提示器的研究，具體論述如下。

遙控式語(yǔ)音提示系統(tǒng)主要針對(duì)科目三考試，該語(yǔ)音提示系統(tǒng)在助益教練教學(xué)的同時(shí)，也給學(xué)員練車帶來(lái)了切實(shí)的方便。在學(xué)員參加科目三訓(xùn)練時(shí)，教練一般坐在副駕駛上，根據(jù)路上的交通情況，按下考試系統(tǒng)上的有關(guān)提示按鈕，系統(tǒng)就會(huì)播放相應(yīng)的語(yǔ)音指令，學(xué)員在聽到這些指令時(shí)，執(zhí)行規(guī)定動(dòng)作，考試系統(tǒng)將記錄下操作過(guò)程并給出判斷分?jǐn)?shù)。語(yǔ)音提示系統(tǒng)和考試系統(tǒng)相類似，這樣學(xué)員在平時(shí)練習(xí)時(shí)就能感受到和考場(chǎng)一樣的演練氛圍，有利于提高學(xué)員的練車質(zhì)量。而且，由于國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品并不多見(jiàn)，且成本不高，所以必將具有顯著可期的應(yīng)用價(jià)值及回報(bào)收益。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、遙控器輸入單元、語(yǔ)音存儲(chǔ)單元、信號(hào)放大播放單元四個(gè)主要單元組成[1]。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，控制單元以單片機(jī)為核心，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自遙控器的輸入信號(hào)，并根據(jù)輸入信號(hào)來(lái)判斷并控制語(yǔ)音芯片發(fā)出聲音。輸入單元主要由遙控器按鍵組成，接收用戶發(fā)出的指令。語(yǔ)音存儲(chǔ)處理單元由語(yǔ)音存儲(chǔ)播放芯片構(gòu)成，用來(lái)處理漢字或者語(yǔ)音的錄入及漢字到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換功能。語(yǔ)音可以由電腦錄制或者直接由上位機(jī)軟件將文本文檔轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音文件，再下載到語(yǔ)音芯片的FLASH中。信號(hào)放大播放單元?jiǎng)t用于放大語(yǔ)音處理模塊輸出的語(yǔ)音信號(hào)并通過(guò)揚(yáng)聲器播放出來(lái)，按下一個(gè)按鍵（可以使用組合按鍵），系統(tǒng)播放一段語(yǔ)音，而且語(yǔ)音提示器的音質(zhì)好，功能強(qiáng)，使用起來(lái)也很簡(jiǎn)單[2]。

1.1系統(tǒng)整體硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體電路圖包括系統(tǒng)供電電路、紅外遙控電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及語(yǔ)音模塊電路，其整體硬件電路如圖2所示[3-4]。

1.2系統(tǒng)主控部分

系統(tǒng)的核心即主要控制單元由一塊STC89C52RC單片機(jī)組成。對(duì)應(yīng)主要任務(wù)如下：一是對(duì)遙控器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的掃描，以檢測(cè)是否有信號(hào)輸入，并且判斷輸入的是什么信號(hào)；二是當(dāng)檢查到信號(hào)之后，和語(yǔ)音芯片模塊進(jìn)行通信，以告知語(yǔ)音模塊需要播放哪一段語(yǔ)音。當(dāng)系統(tǒng)正在播放一段語(yǔ)音時(shí)，語(yǔ)音模塊會(huì)返回一個(gè)BUSY信號(hào)給單片機(jī)，此時(shí)遙控器若有新鍵按下，單片機(jī)將發(fā)出信號(hào)給語(yǔ)音芯片，停止正在播放的語(yǔ)音，播放最新按鍵對(duì)應(yīng)的一段語(yǔ)音。

1.3語(yǔ)音處理模塊

語(yǔ)音處理模塊NV020S是一款具有高速DSP 內(nèi)核的語(yǔ)音芯片，集結(jié)有高音質(zhì)的語(yǔ)音播放、多功能多領(lǐng)域的應(yīng)用范圍、靈活的語(yǔ)音容量擴(kuò)充方式。其控制方式有按鍵觸發(fā)方式（包含10種按鍵觸發(fā)模組），單線串口觸發(fā)、雙線串口觸發(fā)、三線串口觸發(fā)、并口觸發(fā)等。可以播放6～32K采樣率的聲音，16位的DAC 輸出、內(nèi)置噪聲濾除器可以讓聲音得到完美的展現(xiàn)，音質(zhì)不亞于MP3音質(zhì)。語(yǔ)音控制地址多達(dá)1 024個(gè)地址，每個(gè)地址可以組合存放多達(dá)3 328個(gè)語(yǔ)音組合文件。NV020S系列可根據(jù)語(yǔ)音時(shí)長(zhǎng)不同而靈活配置外掛FLASH大小，支持1～128Mbit的SPI存儲(chǔ)器，語(yǔ)音時(shí)長(zhǎng)可以達(dá)到一小時(shí)以上。NV020S具有與之配套的PC端軟件以及下載器，可以輕松下載更換語(yǔ)音及功能。

1.4系統(tǒng)供電電路

STC89C52RC單片機(jī)的工作電壓為5V，而NV020S語(yǔ)音模塊的工作電壓是3.3V。本系統(tǒng)是應(yīng)用在教練車上，車載電源是12V。所以需要兩個(gè)穩(wěn)壓電路將12V轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V和3.3V。

其中12V轉(zhuǎn)換成5V選用7805，7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，外部封裝是T0-22，輸入端接12V電源，輸出為5V。將7805接入電路時(shí)，需要在輸入端和輸出端各接一個(gè)電容，這樣輸出電壓會(huì)更加穩(wěn)定。12V到5V電壓轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

5V轉(zhuǎn)3.3V的電路選用LM1117芯片。LM1117是一款正電壓輸出型的三端線性穩(wěn)壓電路，在1A輸出電流下壓降為1.2V。在設(shè)計(jì)電路時(shí)為了減小LM1117上的壓降，采用先將12V電壓轉(zhuǎn)為5V，再將5V通過(guò)LM1117轉(zhuǎn)換成3.3V電壓的實(shí)施策略。其轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

1.5紅外遙控電路

通用紅外遙控系統(tǒng)有發(fā)射和接收兩部分組成。應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，如圖5所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光/電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。其系統(tǒng)組成如圖5所示。

本系統(tǒng)使用兼容NEC的UPD6121G芯片發(fā)射碼格式的芯片組成發(fā)射電路。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進(jìn)制的“1”。上述“0”和“1”組成的32位二進(jìn)制碼經(jīng)38kHz的載頻進(jìn)行二次調(diào)制以提高發(fā)射效率，達(dá)到降低電源功耗的目的，然后再通過(guò)紅外發(fā)射二極管產(chǎn)生紅外線向空間發(fā)射。接收部分采用一體化紅外接收器，這種接收器集紅外線接收和放大于一體，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，解碼部分通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、延時(shí)子程序、遙控器信號(hào)接收子程序、語(yǔ)音播放子程序等四大模塊組成。STC89C52RC單片機(jī)可以采用C語(yǔ)言編寫程序，因?yàn)镃語(yǔ)言相較于匯編語(yǔ)言編寫程序簡(jiǎn)單，修改方便，易于實(shí)現(xiàn)模塊化，生成的機(jī)器代碼質(zhì)量高、可讀性強(qiáng)、而且利于移植。

在系統(tǒng)工作時(shí)，主程序等待外部中斷信號(hào)，有外部中斷信號(hào)即代表有信號(hào)輸入。當(dāng)按下遙控器一個(gè)鍵之后，程序進(jìn)入外部中斷程序以實(shí)現(xiàn)解碼并讀取所按下的值，然后利用定時(shí)器延時(shí)一段時(shí)間等待第二個(gè)按鍵按下，如無(wú)第二個(gè)按鍵按下，則直接調(diào)用語(yǔ)音播放子程序，播放對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音。如果在延時(shí)期間有鍵按下，則將兩次按鍵的值累加起來(lái)然后進(jìn)入語(yǔ)音播放程序播放相應(yīng)的語(yǔ)音。程序流程圖如圖6所示。

3結(jié)束語(yǔ)

為了減輕駕校教練員的工作量，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于STC89C52RC單片機(jī)的遙控式駕駛員科目三考試語(yǔ)音提示系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、遙控輸入單元、語(yǔ)音存儲(chǔ)處理單元、信號(hào)放大播放單元四個(gè)主要單元組成。在駕駛員學(xué)習(xí)過(guò)程中，教練只需要根據(jù)路況按下相應(yīng)的遙控器按鍵，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出語(yǔ)音指令提示，為此即無(wú)需頻繁重復(fù)喊口令，降低了教練的工作強(qiáng)度，系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李群芳，肖看.單片微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)[M].第四版. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 吳鎮(zhèn)揚(yáng).數(shù)字信號(hào)處理的原理與實(shí)現(xiàn)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1997.

[3] Mark1.Montrose.PRINTED Circuit Board Design Techniques for EMC compliance[M]. Wiley ：Wiley-IEEE Press.2000.

[4] 鄭雪嬌，焦鍵. 基于TMS320C5509DSP的語(yǔ)音處理系統(tǒng)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)[J]. 安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（5），22-25.