基于STM32語音播報器設計

文/楊烜韜

（江西農業大學 江西省南昌市 330045）

嵌入式系統是一種完全嵌入受控器件內部，發揮特定的應用的計算機系統。根據當前的計算機技術的發展進程，嵌入式系統主要發揮著控制、監督或是輔助設備、機器等作用。同通用計算機軟件不同，嵌入式系統通常情況下具有更高的精準性和定義性人物，因此能夠對他進行事先的任務下達等工作。與此同時在語音電路迅猛發展的當前時期，各行業都需要利用語音接口來作為輸出口，實現對機器設備運行狀態、運行結果、提示操作、故障預警等播報。同時作為輸入口，實現完成語音記錄、語音識別，達到進一步提高生產和服務質量效率的目標。因此基于STM32單片機展開對語音播報器的設計，其功能能夠不斷完善，節約生產成本，并且實現大批量生產。能夠大大推動現代化社會發展。

1 基于STM32語音播報器的設計原理

1.1 基于STM32語音播報器的介紹

語音播報器在我國具有廣泛的應用市場，但是市面上存在的語音播報器具有功能單一，操作困難，失誤率高且性價比不高等問題，因此實現對語音播報器的功能的開發設計，對于推動社會進步具有重要意義。STM32微處理器具有較高的數獨處理的內核系統，擁有6-64kb的存儲器功能。擁有休眠、停止、待機三種低功耗模式，且能夠實現jtag接口，支持各種形式的外設鏈接。整體上具有是一種兼容性高、數據處理速度高且處理容量大，能夠實現數據獨立處理的微處理控制器。在STM32微處理器為控制核心展開的語音播報器功能設計要求實現串口控制的插卡，擁有充足的電源，能夠提高語音播報的準確率的智能化的語音播報器。

1.2 基于STM32語音播報器的系統組成分析

當前導入嵌入式控制器目的就是為了提高其數據識別以及處理的效率，從而改變傳統的語音播報器單一的僵化的功能模式。因此在該控制核心下，語音播報器中擁有：主控制器、超聲波探測器模塊（能夠實現障礙物等的探測，并且發出語音警告）；語音播報模塊（該模塊將會實現語音提示以及語音控制）；圖像識別模塊（在工業生產中，其能夠展開對一些生產流程識別管理）；gps模塊實現導航，以及電源模塊。具體的語音播報器系統如圖1所示。語音播報器在其中發揮著承上啟下鏈接全局的作用。因此要求能夠在實現對數字信息轉換存儲，在放音時能夠根據軟件實現模擬量的播放。如，公共站臺的播報等。

2 基于STM32語音播報器設計分析

系統各模塊設計分析：

上述提到基于STM32的語音播報器在功能上將會呈現多樣化發展，因此需要各個模塊都能夠同協同發展。主要要設計的模塊與

圖1：基于STM32語音播報器的系統框架

圖2：語音芯片串口參數設置

控制器、超聲波模塊設計、圖像識別模塊設計、gps導航模塊設計以及電源電路設計。這些功能都要能夠同語音播報模塊相連接，進行數據的共享對接。

2.1 控制器設計

主要就是采用STM32互聯型系列控制器，這一型號產品強化了音頻方面的性能，對于語音播報器的設計奠定良好的基礎。在該系統中，其通過先進的鎖相環機制，讓I2S級別的音頻也可以實現通信，并且能夠對接外部的存儲器，實現對該控制器中的音頻信號的讀取、解碼以及信號輸出。同樣地在微控制器上還可以注入新的設備芯片，使其能夠在語音播放上具有外放、顯示等功能。

2.2 超聲波模塊設計

該模塊的設計讓語音播放器功能更加智能化、人性化發展。如，在一些門鈴的語音播報器中會導入超聲波模塊設計，由 STM32控制超聲波電路發射出特定頻率的電波，當經過障礙物的時候，這些電波會被反射回去，由超聲波系統中再次回收信號并且進行信號處理，從而提出反應，進行語音播報。

2.3 雙向語音播報模塊設計

語音播報器采用的是MY1690-16S語音芯片，該語音芯片主要是一款由串口控制的插卡MP3芯片，能夠同時支持MP3、WAV格式雙解碼，模塊最大支持32G TF卡，也可外接U盤或USB數據線連接電腦更換SD卡音頻文件，支持 FAT16、FAT32 文件系統，最大支持 32G TF卡和32G 的U盤。支持 UART異步串口控制:支持播放、暫停、上下曲、音量加減、選曲播放、插播等。擁有ADKEY功能，通過電阻選擇可實現標準MP3功能的5按鍵控制和其他功能。同時可直接連接耳機，或者外接功放功能的語音芯片。該芯片在語音播報方面功能豐富，操作簡單，因此在高級玩具、工業控制領域（工業、控制設備語音播報）、智能交通系統中的收費站、停車場以及車內語音提醒中應用，同時還在廣告宣傳行業、安防行業以及醫療電子行業中都被應用。該語音芯片的串口控制協議主要是采用異步串口接口實現的，為3.3V TTL電平接口。可通過MAX3232芯片轉換成RS232電平或者通過 USB 轉TTL模塊與PC通訊進行調試。通訊數據格式是:起始位:1位;數據位:8位;奇偶位:無;停止位:1位。有USB轉TTL模塊與MY1690-12P的連接圖，使用電腦串口調試助手，需要正確設置串口的參數。與此同時，還插入LM4871單聲道橋式驅動的音頻功率放大器，防止外界干擾情況下，語音播報器能夠隨之進行音頻的音量調整，滿足實際的生產生活所需。在LM4871具有自帶便攜設備能量的特點，當語音播報器需要收音的時候，STM32微控制器能夠發揮自身的寄存器的作用，將所收錄進來的錄音地址登記和存儲進來。最后將該模塊軟件制作成芯片同 STM32單片機硬件鏈接在一起，之后就可以將帶有這些模塊功能的單片機接口到所需要的顯示器中，完成語音播報和識別。語音芯片串口參數設置如圖2所示。

2.4 圖像識別模塊

該模塊主要是由攝像頭、數據存儲器以及圖像數據處理器組成的。通過主控制器驅動攝像頭進行圖像數據采集，將數據存儲器中的圖像數據進行處理，利用整個電源電路實現對每一個攝像機舵的旋轉移動，實現不同角度的拍攝。

2.5 電源電路

電源電路是實現整個STM32微控制器下語音播報器運行的重要動力，由于整個語音播報器的相關模塊較多，運行起來需要較高的功耗，因此在該系統設計中，采用的芯片都是低電壓工作芯片。特別是在語音播報器中可以實現外部輸出音頻功能，因此其所采用的電流都是DC3.5V-5.5V之間的。

2.6 GPS導航模塊設計

該系統采用的是GPS25-LVS接收模塊，該模塊是目前市面上應用最為廣泛的gps接收處理板，其主要是由天線、變頻器、信號通道、數字信息處理、串口通信接口和電源組成。具有定位快、準、工作時長穩定且持久，具有良好抗干擾性等特點。因此在STM32微控制器中使用，其能夠聯合語音播報系統模塊，讓播報定位的語音更加精準。如圖3所示。

3 基于STM32語音播報器設計的應用測試

在完成對對新的軟件系統的開發設計之后，要求能夠進行后期的系統測試，當前測試基于STM32的語音播報器的各個模塊，要求能夠從外部干擾、語音識別、GPS定位、以及資源信息處理等多個方面進行測試，確保各個模塊都能夠同語音播報器模塊進行兼容，在各行業中都發揮具體的作用。也使得基于STM32語音播報器具有更高的經濟適用性。而隨著智能技術的發展，語音播報器未來不單單是進行語音的識別，其更可能同文字、數字等其他的信息結合起來共同出現，因此 STM32語音播報器設計為未來提供思路以及無限可能。如圖4所示。

圖3

圖4

4 結束語

綜上所述，隨著信息社會的發展，不論是生活中的24小時無人便利店，還是智能家居或是工業生產中所需要的工業機器人，工業自動化設備。其都需要安裝語音播報器。因此設計一款兼容性高，功能齊全，能耗較低的語音播報器是社會各階層普遍關注的重點。當前基于STM32單片機語音播報器，其能夠依托于STM32作為控制核心，通過對語音播報模塊設計，達到語音錄入，進行超聲波探測，圖像識別等最后實現語音提示。該系統設計具有較高的穩定性，接口相對簡單，因此具有較高的市場推廣應用的意義。