基于DSP的導游系統設計

李增祥 韓淑芹 袁海

摘要：為了解決旅游景區存在游客在集體出游安排時自主性不強，部分導游在景點解說質量不高等問題，設計了一種DSP和GPS的自助語音導游系統。該系統利用GPS定位游客，智能檢測游客是否處于景區周圍，調用講解文件進行講解。系統結構采用 TMS320VC5509A芯片作為核心處理器，并搭建硬件平臺，軟件設計中采用文件系統進行管理，實現可靠定位。

關鍵詞：DSP；乒乓緩沖；定位

中圖分類號：TP31 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）29-0242-02

為了改善旅游服務質量、使旅游設施和服務滿足人們需求，目前各旅游景點普遍采用觸摸屏式作為多媒體查詢終端[1]，該終端實現成本高，不是針對游客單獨設置，不能滿足游客觀賞的需求；另外還有利用無線電技術在景區安裝感應裝置來獲取景點標識的想法[2]，如利用射頻感應技術 （Radio Frequency Identification，RFID）的電子導游系統[3]，這種技術需要對每個景點都要安裝感應裝置，面對景區環境不太適合安裝的情況，就會提高成本。本項目就是在此背景下提出的，充分利用衛星導航系統具有全球、全天候、全天時的優勢和數字信號處理器件小型化的趨勢，開發基于DSP的自助語音導游演示系統。

1 系統開發流程

自助語音導游系統的設計是一個相對復雜的過程，它涉及硬件和軟件兩方面，對于一個基于微處理器的應用系統設計過程，其實就是一個對系統不斷修改、不斷完善的軟、硬件協同的設計過程。

系統的設計開發流程大致可以分成系統需求分析、整體設計構想、器件造型、軟/硬件設計、軟/硬件調試、系統聯合調試等幾個部分[4] ，其自助語音導游系統的設計開發流程如圖1所示：

系統需求分析主要是明確系統設計的目標和確定相關的技術指標，并將其轉化為軟/硬件的構思設計；整體設計構想主要是基于系統需求，分析系統功能實現的可行性；器件造型主要是根據系統功能實現、內存需求、成本限制、設計簡單、體積和功耗等幾個方面來選擇合適的芯片去完成后續的硬件設計，硬件設計是指按照整體設計構想并結合所選器件的兼容性，從硬件平臺的設計上保證其性能實現的可行性，軟件設計是遵循整體設計構想并結合硬件平臺，選用良好的開發環境和編程語言，將系統按著功能進行模塊化開發設計。

系統調試大約分為三個部分：獨立硬件調試、獨立軟件模塊調試以及系統軟/硬件聯合調試，其中， 獨立硬件調試主要保證焊接是否正確，有無短、斷路的情況， 獨立軟件模塊調試一般借助于處理器開發工具如開發環境、軟件模擬器、處理器仿真器等進行在線調試，確保編寫的軟件正確，系統軟/硬件聯合調試，將軟件燒制到處理器的ROM中，脫離開發環境進行功能測試，通過不斷修改，最終達到良好的效果。

2 系統的硬件設計

2.1 微處理器和音頻編解碼芯片的選型

綜合考慮DSP系列的芯片，選擇了C5000系列中的TMS320VC5509A作為系統的核心芯片。支持匯編與C語言兩種編程語言，其內部總線結構采用了改進的哈佛結構，是16位定點運算DSP，總體結構是由CPU、存儲空間、片內外設等組成[5]，適合于處理音頻信號，完全滿足市場的電池電壓需求。

音頻編解碼模塊選用了TLV320AIC23芯片，此芯片內置耳機輸出放大器，支持MIC和LINE IN兩種輸入方式，輸入和輸出都具有可編程的增益調節功能，利用此芯片的高性能來實現音頻的播放與錄音功能，同時其電氣連接圖設計簡單，電壓兼容性好。

2.2 系統定位芯片的選型

GPS定位模塊采用了UBLOX公司的UBLOX-LEA-5S芯片，天線選用的是貼片式有源天線。LEA-5模塊系列是UBLOX公司的高性能的GPS接收模塊，靈敏度很高，可以在惡劣環境下也能接受到微弱的反射信號來導航定位。

2.3 最小系統模塊的硬件設計

選用DSP的C5000系列的TMS320VC5509A芯片作為設計方案的最小系統。根據芯片的說明文檔，設計并完成最小系統，其主要包含電源與復位電路、晶振電路、JTAG（Joint Test Action Group）電路、Flash電路、異步串行電路等幾部分組成，如圖 2所示。

3 系統的軟件設計

實現了系統的硬件平臺，功能的實現只有硬件是無法完成的，所以需要對各模塊利用軟件編程的方式驅動起來，通過數據的傳輸，建立模塊間的聯系，最終實現系統的功能。系統的軟件總體設計主要分為硬件驅動函數和系統功能函數，其中包括：

1） 音頻編解碼模塊需要配置DSP系統的McBSP和I2C控制器來完成AIC23的驅動，實現音頻信號的模數轉換；

2） 存儲設備模塊需要SPI協議的支持，所以需要DSP系統模擬SPI協議，通過SD控制原理，實現到SD卡的初始化，完成SD卡的讀寫功能；

3） 串口驅動環節由于利用外部擴展芯片SC16C550來實現的，所以需要完成芯片初始化、設置波特率、工作方式等操作，完成串口通信的正確讀寫；

4） 液晶顯示模塊需要對其進行初始化，然后編寫寫入命令或數據，完成數據的顯示功能。

4 結束語

為了提高游客在旅游觀光的自主性，通過對電子導游技術的深入研究，提出一個基于DSP的自助語音導游系統的開發方案，它的設計思想是基于GPS全球衛星定位系統，將DSP技術引入到電子導游系統中，通過對DSP嵌入式技術、音頻處理技術、SD存儲技術，將多種技術靈活運用，最終完成了自助語音導游系統的設計，實現了自助導游的基本功能。

參考文獻：

[1].吳前進，孟慶龍.電子導游的應用與發展研究[J]. 軟件導刊，2013，03：15-16.

[2].Chen， Shiwang and Yuan， Yong J. Wireless electronic tourist guide system based on microcontroller[A]. 2011 IEEE International Conference on Signal Processing， Communications and Computing， ICSPCC 2011[C]. Xi'an， China ： IEEE Computer Society， September 14， 2011 - September 16， 2011：1-4P.

[3].章登科，韓國程.俞朝暉，等.RFID技術及其在智能包裝中的應用[J].包裝工程，2018，39（1）：6-9.

[4].陳泰紅，任勝杰，魏宇.手把手教你學DSP：基于TMS320C55x[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.8：4-5P.

[5].陳長浩，王安.一種便攜式信號電纜接地故障檢測儀[J].計算機測量與控制，2017，25（7）：317-319，324.

306-308，321.

【通聯編輯：梁書】