基于Arduino的語音報警系統

鄒元鵬

摘 要：介紹了一種基于Arduino的語音報警系統。文中描述了語音系統的實現原理和具體功能，該系統通過接收以太網上的UDP報文，解析成文本并進行語音朗讀，實現智能化的語音報警。本設計硬件部分選用了開放式的硬件平臺Arduino和文本語音轉換（TTS）模塊；軟件部分給出了控制器中具體的程序邏輯實現；最后對系統的控制方法作了說明。

關鍵詞：Arduino；語音報警系統

當前市場上常用的語音報警系統分兩種。一種是帶錄音功能的語音報警器，內置通用的多種報警語音，按條件觸發播放。這種語音報警系統聲音自然，易于使用。但是如果需要修改語音，或是需要播報的語音條目太多時，需要做的工作量非常大，且難以實現智能化的語音報警（如在語音中自動插入報警的設備號）。近年來，隨著語音文字轉換技術（TTS）的發展，另一種采用此種技術的語音報警系統開始普及，極大的提高了工業報警系統的自動化和智能化程度。

本文介紹一種以SYN6658 TTS語音模塊、W5100以太網模塊以及開源Arduino平臺實現的基于以太網的語音報警系統。該系統可方便的與工廠中常用的多種PLC直接對接。系統從以太網接收GBK編碼的UDP報文，將其以指定語速及音色朗讀。具有擴展性好，網絡負載低、易于實現等多種優點，為相關語音系統的構建提供了參考。

一、硬件設計

本設計采用了Arduino Nano 控制板、W5100以太網模塊、SYN6658語音模塊及有源音箱、穩壓電源等構成。系統的組成如圖所示。

系統通過W5100接收報文，經過Arduino解析并再次封裝，發送給SYN6658模塊，模塊將編碼轉換為語音并驅動音箱播放。

Arduino是一種基于Atmel的微控制器的開源軟硬件平臺，近年來隨著智能硬件的普及得到了廣泛應用，這種控制板細分為眾多型號，本次設計中使用的是基于ATmega328的Arduino Nano版本。該版本體積比標準板更小，采用更友好的MiniUSB供電接口，提供14個數字輸入輸出引腳和8個模擬輸入引腳，32KB 閃存，2KB SRAM和1KB EEPROM。

W5100是一款多功能的單片網絡接口芯片，內部集成了10/100M以太網控制器，主要用于各種高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。W5100內部集成了全硬件的TCP/IP協議棧。

SYN6658是一款優秀的語音合成芯片，芯片通過UART接口或SPI接口通訊方式接收待合成的文本數據，實現文本到語音的轉換，主要應用于公交語音報站、自動售貨機、排隊機等領域。芯片支持文本智能分析、多音字處理、中文姓氏處理、語音語調切換等多種功能。

Arduino Nano與W5100間使用SPI對接，可以實現以太網數據的讀取和寫入，同時與SYN6658間使用TTL串口通訊，實現語音報文的發送。

二、軟件設計

軟件部分采用Arduino1.6.8編程軟件平臺完成，該平臺使用了一種類C的語言進行編程序編制。程序通過Socket通訊機制接收UDP報文，然后通過串口發送文本信息。

簡化后的主要程序邏輯如下：

void setup（） {

Ethernet.begin（mac， ip）； //初始化網絡模塊

Udp.begin（localPort）； //開始監聽端口

Serial.begin（9600）；}

void loop（） {

int packetSize = Udp.parsePacket（）； //接收報文

if （packetSize） {

Udp.read（packetBuffer， UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE）；

unsigned char head[packetSize+5]； //封裝文本數據

head[0] = 0xFD；

head[1] = 0x00；

head[2] = packetSize+2；

head[3] = 0x01；

for（int i=0； i<=packetSize； i++）{

head[i+2] = packetBuffer[i]；}

for（int i=0； i

Serial.write（head[i]）；}}} //發送給語音模塊

三、系統控制方法

本語音系統的報警可使用任意支持以太網Socket連接的設備觸發。調試時可使用PC上的Socket測試助手進行連接，也可使用高級語言編寫控制端軟件進行控制。實際工業現場中，由于現在大部分PLC都支持Socket連接，可直接將該語音報警系統連入現場以太網，通過在PLC中編寫程序與報警系統進行對接。

四、結語

經測試，該語音報警系統能夠根據現場發送的文本進行報警，硬件可靠性，搭配的放大電路及有源音箱的功率也足夠，滿足可用性要求。但本方案中并未考慮現場電磁屏蔽保護，如果現場電磁干擾較強，需要設計防護外殼為系統屏蔽電磁干擾，同時選用TCP連接協議進一步增加數據可靠性。另外，該系統也可設計為使用如串口、數字量等其他方式進行控制，以適應不兼容以太網的其他工業現場。

參考文獻：

[1]王滿利，張濤.基于單片機的語音報警系統[J].2014（11）.

[2]BANZIM.Getting started with Arduino[M].California：O`REILLY，2009.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及應用[J].電子設計工程，2012（8）.