馬尾船政文化景區智能電子導游系統的設計與實現

劉文武

摘要：以STC89C52單片機為控制核心，利用高頻射頻收發芯片nRF24L01無線收發模塊、語音合成模塊、液晶顯示模塊等組成電子導游系統硬件，設計電子導游系統功能軟件，使導游機能自動接收景點射頻基站發出的信號，并啟動相應景點語音自動播放功能，液晶同步顯示相應景點信息。實踐測試表明：該系統可靠性高，成本低，操作簡便，播放的語音音質清晰。

關鍵詞：單片機；智能電子導游系統；nRF24L01；XFS5152CE；語音合成芯片

中圖分類號：TP342 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0203-02

1 引言

福州馬尾是中國船政文化的發祥地、中國近代海軍的搖籃。馬尾船政文化景區主要包括中國船政文化博物館、馬江海戰紀念館、馬限山公園、羅星塔公園、船政天后宮和馬尾造船廠等多處文化景點。由于景點豐富，位置各異，文化內容多，游客多，游客希望對相關的景點文化知識學習了解，但傳統人工導游因成本高、人員缺乏、服務水平差異大，難以滿足景區日益增多的游客量的需求。景區智能電子導游系統可以很好的解決這些問題，游客無需人工導游即可隨時收聽景點或展品的介紹，并且可以得到多語種的解說服務，具有費用低、語種多、自主性強、解說規范、環保等諸多優點。

2 系統硬件電路設計

2.1 系統總體設計

智能電子導游系統使用STC89C52單片機進行控制，事先給每個景點進行編號，將nRF24L01無線通信模塊放置在各個相應編號的景點位置，當游客拿著導游機走進該景點信號覆蓋區域時，就會接收到相應射頻基站發送的編碼信息，導游機根據收到的編碼信息將預存在系統的景點文本信息通過單片機以指定的方式發送到語音合成播放模塊進行語音播放，液晶屏幕同步顯示景點相關信息。當游客移步換景時，智能導游機會自動跟蹤和切換。

2.2 系統電路設計

系統硬件由單片機主控模塊、操作鍵盤模塊、電源模塊、nRF24L01無線收發模塊、12864LCD液晶顯示模塊、語音合成播放模塊等組成。如圖1所示。

系統硬件電路如圖2所示，其中nRF24L01是由NORDIC生產的工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM 頻段的單片無線收發器芯片，工作在增強型“SchockBurst”模式，使得系統整體的性能和效率提高。YS-XFSV2高端語音合成模塊是以科大訊飛XFS5152為語音合成芯片，真人發音，可實現中文、英文語音合成，與單片機之間采用I2C通信方式，通過單片機發送“5位幀頭+文本”的指令格式進行語音播放，文本即為需要播放的內容。

3 系統軟件設計

用單片機的I/O口P1口模擬SPI口對nRF24L01射頻芯片進行通信控制。系統nRF24L01無線模塊收發模塊采用Enhanced ShockBurstTM 收發模式，自動處理字頭和CRC效驗碼。單片機通過控制射頻收發芯片nRF2401的MOSI、MISO、SCK、/RST位來控制nRF24L01模塊接收與發射信號。本系統暫設置了8個景點編號，將景點編號信息存放在單片機寄存器中，可以使用開關K1、K2按鍵來控制單片機的外部中斷（P3.2為 INT0，P3.3為 INT1）來實現景點編號的變化，K1控制編號減，K2控制編號加。

景點射頻基站設備的單片機首先配置其無線模塊nRF24L01寄存器位PRIM_RX為低，CSN為低，把接收節點地址TX_ADDR和基站設備的ID編號有效數據TX_PLD按照時序由SPI口寫入nRF24L01緩存區，然后CE置為高電平并保持至少10μs，基站nRF24L01模塊無線發送數據。當手持導游機nRF24L01無線模塊檢測到有效的地址和CRC時，就將基站的ID號碼信息數據包存儲在RX FIFO寄存器中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，產生中斷，在中斷子程序中由單片機判斷識別出編號，調出事先存放在單片機內部的程序存儲器里的對應編號的景點信息進行景點語音播報，液晶同步文字顯示，每次景點信息只播放一次，不重復播放，按復位鍵可以重復播放。同時可以通過控制基站及時發送實時天氣數據或者緊急通知信息顯示在導游機液晶屏上。

4 結語

通過給nRF24L01無線模塊擴展PA（功率放大器）和LNA（低噪聲放大器），可以有效增加通信距離，同時可以對天線進行調整和在程序中選擇適當傳輸速率來調節nRF24L01模塊的傳輸距離，使得相應景點基站信號在景區范圍全覆蓋。智能電子導游系統經測試表明，工作穩定，操作方便，播放語音音質清晰。智能電子導游系統能為游客提供更加全面客觀的服務，大大提升船政文化的知名度和影響力，有助于馬尾打造海峽旅游品牌，從而增加游客的流量，加快馬尾船政文化景區旅游業發展。

參考文獻

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