公交車語音播報(bào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主講人：康留元

康留元

河南省汝州市信息科技學(xué)科高級(jí)教師，全國中小學(xué)生創(chuàng)·造大賽裁判員，DF創(chuàng)客社區(qū)IoT物聯(lián)網(wǎng)版主，吳俊杰老師創(chuàng)客教育普惠課程掌控板mPython基礎(chǔ)課程合伙人。

教學(xué)背景

隨著社會(huì)新型智慧城市建設(shè)的推進(jìn)，智能化的技術(shù)手段被應(yīng)用到城市各個(gè)領(lǐng)域，智慧公交也開始出現(xiàn)在各個(gè)城市街頭。智慧公交不僅可以實(shí)現(xiàn)公交語音播報(bào)站點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢公交車的位置，方便出行。本節(jié)課學(xué)生將學(xué)會(huì)利用Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，模仿設(shè)計(jì)公交車語音播報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公交語音播報(bào)和位置查詢的功能。

教學(xué)目標(biāo)

1.通過了解語音合成原理，學(xué)習(xí)Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)MQTT（消息隊(duì)列遙測傳輸）相關(guān)知識(shí)。

2.經(jīng)歷根據(jù)需求，設(shè)計(jì)和搭建簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，解決實(shí)際生活問題的過程。

3.感受萬物互聯(lián)給人們的生活帶來的改變，提高學(xué)生計(jì)算思維和解決問題的能力。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸和反饋的過程。

教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)會(huì)利用Mind+ 實(shí)時(shí)模式下“廣播”傳遞數(shù)據(jù)的方法，能根據(jù)實(shí)際需要利用物聯(lián)網(wǎng)解決問題。

教學(xué)準(zhǔn)備

硬件：掌控板（國產(chǎn)開源硬件）；中英文語音合成模塊V2.0（Gravity）；IO擴(kuò)展板。

軟件：Mind+（編程環(huán)境）。

教學(xué)過程

一、觀看視頻，導(dǎo)入主題

師：這是一個(gè)萬物互聯(lián)的全新時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正漸行漸近地走進(jìn)我們的生活。什么是物聯(lián)網(wǎng)？物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)名詞聽起來很專業(yè)，似乎離我們很遠(yuǎn)，但其實(shí)它已經(jīng)融入人們的日常生活。同學(xué)們，一起來觀看視頻，我們可以看到人們用手機(jī)解鎖共享單車，用手機(jī)上的“百度地圖”實(shí)時(shí)查詢公交車的位置，智慧公交車已經(jīng)進(jìn)入我們的生活。智慧公交車不僅開拓了人性化的服務(wù)模式，而且構(gòu)建了智慧生活與生態(tài)和諧共美的人居環(huán)境。今天我們一起學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與搭建基于Easy IoT平臺(tái)的公交車語音播報(bào)系統(tǒng)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)公交語音播報(bào)和位置查詢的功能。

學(xué)生觀看視頻后，已經(jīng)對(duì)今天將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有了最初的印象。

二、學(xué)習(xí)新知，創(chuàng)建項(xiàng)目

Easy IoT是一個(gè)常用的國際化物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，可以對(duì)聯(lián)網(wǎng)的傳感器和執(zhí)行器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，并且對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并向傳感器和執(zhí)行器發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制效果。它的操作簡單明了，學(xué)生能夠迅速掌握技巧，搭建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。

學(xué)生登錄Easy IoT網(wǎng)站，在線注冊(cè)賬號(hào)，然后點(diǎn)擊“工作間”，新建一個(gè)設(shè)備，默認(rèn)名字為“設(shè)備一”。一個(gè)賬號(hào)默認(rèn)有10000條信息的儲(chǔ)存容量，這些容量能夠?qū)崿F(xiàn)所有設(shè)備共享。如果設(shè)備上方顯示“0/1000”，那意味著此設(shè)備最大可儲(chǔ)存1000條信息，已使用0條信息的儲(chǔ)存空間，當(dāng)收發(fā)的信息超過1000條，新信息將不再存入系統(tǒng)中。每個(gè)設(shè)備默認(rèn)每隔1秒儲(chǔ)存一次消息。學(xué)生們可以觀察到設(shè)備唯一識(shí)別碼Topic以及用戶信息，點(diǎn)擊“眼睛”圖標(biāo)可以將隱藏的Iot_id和Iot_pwd顯示出來。

三、動(dòng)手實(shí)踐

1.認(rèn)識(shí)廣播

在Mind+ 編程中，廣播—消息機(jī)制就是編程的全局事件。當(dāng)一個(gè)消息被廣播時(shí)，所有角色（包含廣播者自身）都會(huì)接收到該消息。廣播可以在不同角色中傳遞消息，以站點(diǎn)“汝瓷小鎮(zhèn)”三條指令為例。

（1）接收到汝瓷小鎮(zhèn)：意味著當(dāng)角色接收到消息時(shí)，觸發(fā)該腳本。

（2）廣播汝瓷小鎮(zhèn)：向包含自身在內(nèi)的所有角色發(fā)送該消息。發(fā)送結(jié)束后，會(huì)立即繼續(xù)向下執(zhí)行腳本。

（3）廣播汝瓷小鎮(zhèn)并等待： 消息發(fā)送后，等到所有接收消息的腳本執(zhí)行完成后才繼續(xù)向下執(zhí)行腳本。

2.測試物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)

打開Mind+ 右上角“實(shí)時(shí)模式”，再點(diǎn)擊界面左下角“擴(kuò)展”，添加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)MQTT，測試物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸是否正常。登錄Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，設(shè)置公交車報(bào)站主題，發(fā)送啟動(dòng)或者運(yùn)行命令。學(xué)生需要在 Mind+ 實(shí)時(shí)模式下，測試創(chuàng)建的角色“小麥”是否能接收到相關(guān)命令，保證物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)暢通。

四、程序編寫

1.明確程序算法思路

（1）當(dāng)按下掌控板A鍵，掌控板顯示公交車語音播報(bào)系統(tǒng)，語音播放：“乘客您好，歡迎乘坐汝州市七路公交車，請(qǐng)站穩(wěn)扶好。”同時(shí)，Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)發(fā)出“運(yùn)行”命令，小麥接收命令后顯示“iot連接成功”，繼續(xù)等待掌控板B鍵按下的命令。

（2）當(dāng)按下掌控板B鍵，Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)會(huì)發(fā)出“啟動(dòng)”命令，電腦接收到命令后，小麥變身一名公交車司機(jī)，駕駛“汝河號(hào)公交車”，帶領(lǐng)大家一起去體驗(yàn)智慧公交車之旅。

（3）小麥依次發(fā)出公交車站點(diǎn)“風(fēng)穴寺”“市二高”“汝瓷小鎮(zhèn)”“沙灘公園”“市標(biāo)”“中大街”的報(bào)站提示音，MQTT發(fā)出等待六站的信息，掌控板通過Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)收到“風(fēng)穴寺”等六站信息命令后，播放公交車語音報(bào)站信息。

2.編寫程序

公交車語音報(bào)站A端：打開Mind+ 右上角“實(shí)時(shí)模式”，點(diǎn)擊界面左下角“擴(kuò)展”，添加網(wǎng)絡(luò)服務(wù)MQTT以及相關(guān)角色和舞臺(tái)。小麥角色初始化程序如圖1所示，公交車角色編程如圖2所示。

公交車語音報(bào)站B端：打開Mind+ 連接設(shè)備COM12，打開界面右上角“上傳模式”， 左下角點(diǎn)擊“擴(kuò)展”，添加掌控板和語音合成模塊以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)MQTT和 Wi-Fi；繼續(xù)點(diǎn)擊“執(zhí)行器”代碼塊，添加語音合成對(duì)應(yīng)指令。

為了保證通信穩(wěn)定，建議使用硬串口進(jìn)行通信。模塊循環(huán)發(fā)出合成的聲音（注意中英文語音合成模塊V2.0的開關(guān)是否撥到了UART方向）。如果使用到大量的文字播放，可調(diào)用“使用flash存儲(chǔ)”功能將文字存儲(chǔ)到Flash上減少內(nèi)存。公交車語音報(bào)站B端主程序如圖3所示。

當(dāng)行空板收到公交車語音報(bào)站A端MQTT發(fā)送的指令，會(huì)播放相關(guān)站點(diǎn)提示語音。“風(fēng)穴寺”站點(diǎn)智能語音報(bào)站提示相關(guān)程序圖如圖4所示，其他站點(diǎn)程序可參考此程序。

五、小組展示

學(xué)生以小組為單位共同完成項(xiàng)目，最后由各小組代表分享本組的公交車語音播報(bào)系統(tǒng)，并進(jìn)行組內(nèi)自評(píng)，小組之間互評(píng)。學(xué)生通過電子教室上交作業(yè)，教師給予指導(dǎo)與評(píng)價(jià)。

六、課外拓展

教師可以讓學(xué)生開展課外拓展，結(jié)合溫濕度傳感器和氣壓傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)Easy IoT校園數(shù)字氣象站，制作校園氣象數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程觀測在線系統(tǒng)。

教學(xué)反思

學(xué)生通過設(shè)計(jì)Easy IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的公交車語音播報(bào)系統(tǒng)，知道了物聯(lián)網(wǎng)MQTT數(shù)據(jù)傳輸過程，認(rèn)識(shí)了語音合成原理。本課例不僅綜合了開源硬件知識(shí)，還涉及了廣播相關(guān)的編程知識(shí)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際問題的需要，培養(yǎng)自覺、主動(dòng)尋求恰當(dāng)?shù)姆绞浇鉀Q問題的能力以及獲取與處理信息的信息意識(shí)，讓學(xué)生養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的習(xí)慣。