一種應用于學生琴房管理的語音提醒儀

崔巍　周宇

摘要：基于STC89C52設計一種應用于高校音樂類專業學生琴房管理的語音提醒儀。使用STC89C52控制語音芯片、液晶顯示模塊和計時器模塊，通過RS232電平轉換，485芯片ADM2483組成總線連接每個琴房內的語音提醒儀，利用上位機琴房管理軟件與串口通信控件在總線上傳輸數據。該方案可以解決在琴房管理中人為地去提醒學生練琴時間已到。

關鍵詞：語音提醒儀；ADM2483；ISDl760

0引言

隨著人工智能的高速研發與應用，高等院校藝術專業對學生琴房的管理也隨即引入可行智能化改進即已成為順應現實潮流發展的必然趨勢。市面上現有的琴房管理系統可以對學生練琴時間進行統計，但超出規定練琴時間后無法自動提醒學生練琴時間已到，需要人為地去主動提醒。針對這一狀況，設計研發了一款基于單片機控制的語音提醒儀。

1系統總體方案設計

本系統是在琴房管理系統的基礎上拓展設計并實現運行的。學生在琴房管理室刷卡上琴，琴房管理軟件自動分配一間空閑琴房給學生，同時上位機琴房管理軟件傳遞給相應琴房單片機剩余時間信號，當學生走去該琴房刷卡進門后，門禁系統檢測到開門信號后將信號傳遞給MCU。這時本次研發設計的語音提醒儀即會開始工作。

當MCU接收到上位機提供的該學生練琴剩余時間的信號后，MCU就會循環檢測開門信號的到來，當實際偵獲開門信號后，MCU一方面將計時器啟動以及在LCD顯示屏上顯示“歡迎練琴，練琴倒計時：XX：XX”，另一方面控制語音芯片播放“歡迎練琴，請愛護公物”提示音。此時即表征學生練琴開始，而后當練琴剩余時間到零后，計時器給單片機發送信號，而后有效控制LCD顯示器顯示練琴時間已到，并觸發語音芯片播放語音提示音“練琴時間已到，請整理好鋼琴并到琴房管理室刷卡下琴”。如學生在練琴剩余時間還未到時需要下琴，設計中該學生則只需到琴房管理室刷卡下琴即可，當琴房管理室中琴房管理軟件接收到下琴信號以后，將會給相應琴房單片機提交一個停止計時信號，相應琴房單片機就會停止計時并恢復初始默認狀態。

系統的主要設計構成有：上位機琴房管理軟件、總線通信模塊、單片機微控制器、文字顯示模塊、語音播報模塊、計時器。系統整體框架如圖1所示。

2系統硬件設計

2.1上位機琴房管理軟件、總線通信模塊、單片機微控制器

通過上位機琴房管理軟件可以到得學生練琴剩余時間數據和琴房分配房間號碼，利用VB軟件編程而與琴房管理軟件高效建立數據的讀取對接，進一步用MSCOMM控件來設計支持串口通信。總線通信模塊使用PC機的RS 232串口輸出，借助MAX232電平轉換后接到485總線上，單片機通過ADM2483接到485總線上，從而研發可得PC機與多單片機的串口通信，單片機使用STC89C52，利用單片機內自帶的串口通信接口與ADM2483相接，實現異步串行通信。本設計是針對延安大學魯藝學院學生琴房練琴倒計時設計提出的解決方案，魯藝學院現共有50間學生琴房，均使用485總線進行連接。ADM2483芯片可提供256個總線節點，完全可以滿足需求及日后的擴展。總線連接架構示意即如圖2所示。

2.2語音提醒模塊設計

利用STC89C52單片機作為微控制器，一方面接收來自總線上ADM2483數據信號，另一方面則是調度控制整個語音提醒模塊。顯示模塊使用LCDl2864帶中文字庫的液晶顯示器，采用串口模式傳送數據，LCDl2864的RS、WR、E引腳分別與單片機的P0.1～P0.2連接。語音存儲模塊使用ISDl760語音芯片，采用自帶串口通信接口MISO、MOIS、SCLK、SS分別與單片機的PO.4-P0.7連接。計時模塊使用DSl337芯片，采用自帶串口通信接口I/O、SCLK、RST分別與單片機的P2.0～P2.2連接。由于本裝置檢測開門需求簡單，待相應琴房語音提醒儀接收到上位機發送的練琴剩余時間信號后，即轉入開門信號檢測，當檢測第一次開門信號后提醒儀就設置為工作狀態，期間任何時候不再檢測。直到上位機發送來相應的停止計時信號后，轉入初始狀態。研發過程中，設計選用了單片機的I/O口P0.3來展開高低電平檢測以甄別判斷是否開門。研究可得，整體運行電路即如圖3所示。

3系統軟件設計

當學生刷卡上琴時，琴房管理軟件會自動為該生分配一間空閑琴房，這時可以通過上位機琴房管理軟件運行得到學生練琴剩余時間數據和分配琴房序號，進一步可以得到相應琴房房間號以及該學生練琴剩余時間。上位機通過串口總線廣播地址，從機判斷接收到的地址是否與本機地址相等，如果相等則接收轉發的剩余時間信號，與之關聯的提醒儀也隨即轉入檢測等待開門信號。當檢測到開門信號后，就自行開始工作。單片機接收到上述指定的剩余時間信號，啟動DS1337計時器開始倒計時，啟動LCD12864進行數字顯示，并且啟動語音芯片ISD1760。然后，單片機將持續檢測總線結束信號（優先級高）及計時器到時信號。當總線停止信號進來，系統直接轉到系統復位；當計時器到時信號進來，啟動LCD顯示，啟動語音芯片，而后系統復位。綜上可得，系統智能研發流程具體可如圖4所示。

4結束語

本設計采用了ADM2483芯片組成總線系統，單片機通過RxD和TxD通信接口與總線相連。單片機通過I/O口與語音芯片的SPI接口、LCD12864顯示以及計時器DSl337相連，使用串口通信方式進行通信，可以節省單片機的I/O，方便日后的功能擴展。該方案可以改進在琴房管理中人工提醒學生練琴時間已到這一基礎現狀所呈現的問題與不足。實驗測試證明，設計的提醒儀功能穩定性較高，并可在經由進一步的優化和接口擴展后即運行應用于延安大學魯藝學院的學生琴房管理實踐中。