基于SPCE061A單片機的汽車保養(yǎng)提示系統(tǒng)設計

摘要：針對目前汽車在使用過程中獲取汽車保養(yǎng)信息困難的問題，使用SPCE061A單片機為控制芯片，采集汽車內(nèi)部影響汽車保養(yǎng)的關(guān)鍵因素，即時間和里程，實現(xiàn)對汽車保養(yǎng)的準確、及時提示，并告知汽車使用者對汽車進行怎么樣的保養(yǎng)。提示的方式采用語音播報和LCD液晶屏顯示相結(jié)合的方式，使汽車使用者以一種簡單的方式獲取和查詢汽車保養(yǎng)的信息。系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了汽車保養(yǎng)信息的提示。
關(guān)鍵詞：SPCE061A；汽車保養(yǎng)；語音提示；LCD顯示

0 引言
    汽車作為現(xiàn)代社會的一種交通工具，已經(jīng)走進了千家萬戶。對汽車的正確使用和保養(yǎng)，不僅能夠提高汽車的安全性、舒適性和使用壽命，還能提高汽車的能源利用率，使汽車更加環(huán)保節(jié)能。但是目前由于汽車保養(yǎng)知識的專業(yè)性，許多汽車使用者對于汽車保養(yǎng)的知識掌握較少，甚至許多汽車保養(yǎng)店的專業(yè)人員也不能準確、及時、全面地把握汽車保養(yǎng)的內(nèi)容。
    為了解決駕車者掌握汽車保養(yǎng)知識困難的問題，該設計使用SPCE061A單片機為控制芯片，采用語音播報和液晶顯示相結(jié)合的方法，提示專業(yè)的保養(yǎng)信息。從而使駕車者無需掌握專業(yè)的汽車保養(yǎng)知識，就可以對汽車進行及時、全面的保養(yǎng)。目前該系統(tǒng)在實驗室中已取得了不錯的效果。

1 系統(tǒng)硬件設計
1．1 主控芯片與整體硬件方案介紹
    臺灣凌陽科技公司生產(chǎn)的SPCE061A單片機采用μ’nSP為內(nèi)核，其最高時鐘頻率可達49．152 MHz，具有很強的數(shù)據(jù)處理能力和強大的語音功能，同時它還擁有一個32 768 Hz的實時時鐘，能夠進行精確的計時。該單片機具有32個通用可編程I／O接口，B端口的I／O口還可設置成為特殊功能端口。另外，SPCE061A單片機還具有很好的性價比，是數(shù)字語音處理方面非常經(jīng)濟的一款單片機。
    根據(jù)功能的不同硬件系統(tǒng)分為3個部分：信息采集部分、信息輸出部分和電源部分。系統(tǒng)需要兩種供電電壓，即SPCE061A單片機需要的3．3 V工作電壓以及LCD顯示、語音播放和脈沖編碼器需要的5 V的工作電壓。該設計采用5 V的電源，并使用低壓穩(wěn)壓器芯片SPY0029，輸出3．3 V電壓為CPU供電，系統(tǒng)的整體方案框如圖1所示。

    下面將對硬件的信息采集和信息輸出部分分別進行介紹。
1．2 硬件的信息采集部分的實現(xiàn)方法
    汽車的使用時間和行駛里程是汽車保養(yǎng)的兩大關(guān)鍵因素。對時間的采集，使用的是單片機的實時時鐘信號進行定時的，有關(guān)內(nèi)容將在軟件部分做詳細講述。
    對里程的采集，目前大多數(shù)汽車通過磁性傳感器來實現(xiàn)對里程采集，磁性傳感器一般安裝在變速箱的輸出軸上，它的工作原理是：汽車變速箱的輸出軸每轉(zhuǎn)一周就會有一定數(shù)量的脈沖輸出，對輸出脈沖的累積就可以計算出輸出軸所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而求出汽車的行駛里程。因此只要實現(xiàn)輸入脈沖計數(shù)，就可以模擬汽車里程采集。該設計采用歐姆龍的E6A2-CW3E旋轉(zhuǎn)式編碼器做為脈沖輸入源，通過單片機的計數(shù)器來實現(xiàn)對里程脈沖的累積。
    關(guān)于按鍵輸入，系統(tǒng)使用了3個獨立按鍵，3個按鍵分別接到A端口的第0，1，2位。
1．3 硬件的信息輸出部分的實現(xiàn)方法
    語音播放是信息輸出的主要內(nèi)容，語音播放電路見圖2所示。

    當DAC的輸出引腳輸出音頻信號時，經(jīng)過C25濾去高頻階梯信號，保留音頻信號，再經(jīng)過C24隔直，音頻信號中的直流分量被隔離，交流信號經(jīng)音頻驅(qū)動芯片SPY0030阻抗變換輸出，然后驅(qū)動揚聲器。調(diào)節(jié)電位器R9的值，可以調(diào)節(jié)輸出音量的大小。LCD液晶顯示采用目前常用的160 2液晶，它有16個引腳占用11個I／O端口，可以顯示2行，每行16個字符。但是需要注意的是1602液晶沒有中文字庫，只能進行數(shù)字和字符的顯示。關(guān)于1602液晶的詳細資料請參閱1602的使用手冊。

2 系統(tǒng)的軟件設計
    由于該設計占用了SPCE061A單片機的許多資源，因此在軟件設計時要統(tǒng)籌安排，避免產(chǎn)生干涉，出現(xiàn)不必要的錯誤。需要特別指出的是由于汽車保養(yǎng)信息按提示條件可分為3種，分別是：條件1為時間，條件2為里程，條件3為時間或里程有其中之一滿足的。在程序設計中對3個條件同時定義了變量并且保證信息間的傳遞。
    另外，系統(tǒng)中按鍵的處理程序按其所在程序中位置不同分2種方式：一種是在主函數(shù)里用來處理顯示信息和提示信息確認；另一種是在中斷函數(shù)里用來處理語音播報，系統(tǒng)軟件的流程圖如圖3所示。

2．1 脈沖和時間累積的實現(xiàn)
    在時間累積的程序中使用了SPCE061A單片機的實時時鐘，以達到良好的計時效果。SPCE061A單片機擁有一個32 768 Hz的實時時鐘源，通過頻率選擇組合可產(chǎn)生時間基準信號。時基計數(shù)器還可以通過分頻產(chǎn)生2 Hz，4 Hz，1 024 Hz，2 048 Hz以及4 096 Hz的實時時鐘信號，為中斷系統(tǒng)提供各種實時中斷源(IRQ4和IRQ5)信號。通過對時基信號的選擇和設定，可以進行非常精確的計時。另外，時基信號為定時／計數(shù)器A的時鐘源B提供各種頻率選擇信號。
    由于在語音播放函數(shù)中使用了定時／計數(shù)器A作為時間溢出的快速中斷源，在函數(shù)執(zhí)行中對其進行了初始化和占用，為了達到較高的計時精度這里選用2 Hz的時基信號作為計時頻率，采用IQR5作為計時中斷源引發(fā)的中斷。
    SPCE061A單片機的B端口做為特殊功能引腳時，使用SPCE061A單片機的定時／計數(shù)器可以實現(xiàn)對外部輸入脈沖的計數(shù)。該設計將編碼器產(chǎn)生的脈沖輸入到SPCE061A單片機的B端口的第四引腳，通過對B端口第二和第四引腳的設置，即：B端口第二引腳為反相輸出，第四引腳為懸浮式輸入，來實現(xiàn)對脈沖的計數(shù)。由于PCE061A單片機的2個定時／計數(shù)器中，定時／計數(shù)器A已用于語音播放，所以這里采用定時／計數(shù)器B作為脈沖輸入計數(shù)器。采用IQR2做為脈沖計數(shù)溢出的中斷源引發(fā)的中斷。
2．2 語音播放功能的實現(xiàn)
    凌陽的完整語音處理步驟可以分為：A／D轉(zhuǎn)換、語音編碼，語音存儲，解碼處理，D／A轉(zhuǎn)換等，凌陽公司提供了SACM．LIB語音庫，該庫將上述步驟中的語音處理功能制作成相應的模塊，每個模塊都有其應用程序接口，因此只需要掌握這些模塊的功能和使用方法，通過對該API函數(shù)的調(diào)用，就可以實現(xiàn)其功能。
    凌陽的音頻資源通常有兩種獲取方法：采用錄音的方法和采用語音合成軟件合成語音。然后用凌陽公司提供的壓縮工具壓縮成能夠播放的語音格式。該設計使用第二種方法，采用從文字到語音的合成(Text-to-Speech)，這樣就不需要對語音信號進行A／D轉(zhuǎn)換，使用方便。
    使用第二種方法要解決語音壓縮的問題，語音壓縮是為了在保證一定聲音質(zhì)量的條件以較小的存儲空間實現(xiàn)對語音的表達和傳遞。語音壓縮的方法很好地解決了單片機存儲空間較小的問題。音頻壓縮根據(jù)壓縮比的不同可分為三種：
    (1)SACM-A2000：壓縮比為8：1，8：1．25，8：1．5。
    (2)SACM-S480：壓縮比為80：3，80：4．5。
    (3)SACM-S240：壓縮比為80：1．5。
    按音質(zhì)排序：A2000>S480>S240。
    凌陽常用的音頻形式和壓縮算法也可分為3種：
    (1)波形編碼。sub-band即SACM-A2000特點：高質(zhì)量、高碼率，適于高保真語音／音樂。
    (2)參數(shù)編碼。聲碼器(vocoder)模型表達，抽取參數(shù)與激勵信號進行編碼，如：SACM-S240。特點是壓縮比大，計算量大，音質(zhì)不高，廉價。
    (3)混合編碼。CELP即SACM-S480特點是綜合參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點。除此之外，還具有FM音樂合成方式即SACM-MS01。
    語音壓縮的過程是，首先使用語音合成軟件將需要播放的信息傳化成*．WAV格式的音頻文件，在轉(zhuǎn)換時將語音資源屬性中的音頻格式轉(zhuǎn)換成8 kHz，16位，單聲道。然后我使用凌陽公司提供的凌陽語音壓縮工具Compress Tool軟件，對語音合成的音頻進行壓縮。Compress Tool軟件只能按照SACM-A2000，SACM-S480兩種語音算法進行壓縮，為了節(jié)省單片機的存儲空間，在這里使用SACM-S480算法進行行壓縮。
    完成語音資源的壓縮之后，還需要將壓縮后的語音資源添加到的程序中去，并在程序中確定語音播放順序，定義語音資源表。然后調(diào)用語音庫的API函數(shù)，播放需要的語音資源。

3 結(jié)語
    該設計在實驗室已經(jīng)獲得成功，取得了不錯的語音播放效果和LCD顯示，很好地解決了汽車保養(yǎng)提示的問題，相信該系統(tǒng)的廣泛應用將會有助于提高汽車的利用率，降低能耗，給社會和使用者帶來巨大的效益。
    由于汽車型號、品牌及使用環(huán)境等的不同都會對汽車的保養(yǎng)提出不同的要求，因此對于實踐中的應用，還應根據(jù)具體情況，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)對提示的內(nèi)容進行修改，以達到很好的兼容性。另外，如果需要提示的語音資源過多，還需要進行存儲器的擴展。這對單片機和存儲器的通信提出了要求，播放函數(shù)也需要做相應的變更。同樣，該系統(tǒng)還可以應用到許多以時間或脈沖累積為條件的提示系統(tǒng)中去，具有廣闊的開發(fā)前景。