基于SPCE061A的交通燈倒計時語音輸入輸出的設(shè)計

近年來，隨著城市交通的智能化和人性化，語音控制技術(shù)在智能交通方面的的應(yīng)用越來越廣泛。其中，最為常見的一類應(yīng)用是公交車語音報站系統(tǒng)。此類系統(tǒng)多采用單片機和專用的語音處理芯片來進行開發(fā)設(shè)計，其缺點是語音處理芯片性價比普遍不高，成本較高，且開發(fā)周期較長。因此，對于更能體現(xiàn)城市智能交通管理的另一類應(yīng)用——紅綠燈倒計時語音播報系統(tǒng)，則較為少見?；诖?，采用凌陽SPCE061A單片機設(shè)計了智能交通燈語音播報控制系統(tǒng)。凌陽 SPCE061A是凌陽科技公司研發(fā)生產(chǎn)的性價比很高的一款16位單片機，不僅具有一般單片機的強大數(shù)據(jù)處理功能，還具有高質(zhì)量的語音處理功能。

1 交通燈控制系統(tǒng)方案設(shè)計
    該設(shè)計方案采用一個簡易的交通指示燈控制系統(tǒng)來模擬一個典型的十字路口車流通行狀態(tài)。分別用1，2，3，4(表示東、南、西、北四方向)表明四個流向的主車道，用L，S，R，P分別表示各主車道的左行車道、直行車道、右行車道以及人行橫道，其實際路口交通示意圖如圖1所示。

  通過分析得知，除了四個右行車道外，在同一時間，最多只能有兩個車道通行，如1L、1S通行時，其他車道都會被阻斷。所以在設(shè)計紅綠燈時，可以兩兩組合，共有4組(如lL一1S，2L一2S，3L一3S，4L一4S)。
    交通燈控制系統(tǒng)由一套SP(2E061A精簡開發(fā)板(簡稱61板)和一套交通燈模組構(gòu)成。交通燈模組包括1塊驅(qū)動電路板、4個2位倒計時LED數(shù)碼管模塊、紅綠燈LED模塊。
    系統(tǒng)有兩個工作狀態(tài)，正常工作狀態(tài)和通行時間設(shè)置狀態(tài)。SPCE061A是整個系統(tǒng)的核心控制部件，61板上有3個按鍵Key1～Key3。兩個狀態(tài)間的切換是利用Key1鍵完成的。在通行時間設(shè)置狀態(tài)，按下Key1鍵開始設(shè)置南北向紅燈時間，按下Key2鍵開始設(shè)置南北向綠燈時間，按下Key3鍵則返回正常工作狀態(tài)。紅綠燈換色顯示時有語音提示，具體為：東西向綠燈一黃燈，語音提示：東西向開始紅燈；東西向黃燈一紅燈，語音提示：30，29，…，O(程序設(shè)置通行時間為30 s，可以修改)；東西向紅燈結(jié)束之前，南北向綠燈一黃燈時，有語音提示：南北向開始紅燈。南北向黃燈一紅燈，語音提示：30，29，…，O。系統(tǒng)設(shè)計框圖如2所示。

2 系統(tǒng)語音設(shè)計
2．1 音頻算法概述[!--empirenews.page--]
    語音處理大致可以分為A／D采樣輸入、編碼處理、存儲、解碼處理以及D／A等。SPCE061A擁有強大的語音處理功能，它對上述語音處理流程的解決方案是：將A／D、編碼算法、解碼算法、存儲及D／A作成相應(yīng)的模塊，對于每個模塊都有其應(yīng)用程序接口API，用戶只需了解每個模塊所要實現(xiàn)的功能及其參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API函數(shù)即可實現(xiàn)語音處理功能。凌陽將音頻壓縮算法封裝在SACM—lib庫中，API函數(shù)名稱及算法類型如表1所示。

三種放音壓縮算法的音質(zhì)排序為：A2000>S480>S240。
2．2 語音輸入設(shè)計
    語音輸入的基本原理是通過A／D轉(zhuǎn)換器將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，編碼后存入指定的存儲器中。SPCE061A的A／D轉(zhuǎn)換器共有8個通道，其中有一個通道是MIC—IN輸入，它專門用于對語音信號進行采樣。然后將采樣信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸入至SPCE061A的內(nèi)部前置放大電路。語音輸入功能主要是調(diào)用SACM_DVR模塊實現(xiàn)的，因此音頻信號的采樣頻率是8 kHz，且按照SACM_A2000算法進行壓縮編碼，每秒占用的存儲空間為16 Kb／s，產(chǎn)生的語音數(shù)據(jù)存放在擴展SRAM HM628128A中，其容量為128 KB。HM628128A與61板之間通過IOA和IOB進行接口。語音輸入電路如圖3所示。

圖3．中：SPCE061A引腳MICP(33腳)為MIC(麥克風(fēng))的正向輸入腳；MICN(28腳)為MIC的負向輸入腳。
    語音輸入流程圖如圖4所示。

軟件設(shè)計主要調(diào)用的API函數(shù)如下： [!--empirenews.page--]

2．3 語音輸出設(shè)計
    語音輸出的基本原理是將外擴SRAMHM628128A中存儲的語音數(shù)據(jù)順序取出，調(diào)用 SACM—lib庫中的SACM A2000模塊，經(jīng)SACM A2000壓縮算法解碼后，以8 kHz的速率進行D／A轉(zhuǎn)換，然后通過內(nèi)部濾波電路濾去噪聲，恢復(fù)原始波形，由8050晶體管驅(qū)動揚聲器放音。語音輸出電路如圖5所示。

圖5中：SPCE061A引腳DAC1(21腳)為音頻輸出通道1。
    語音輸出流程圖如圖6所示。

軟件設(shè)計主要調(diào)用的API函數(shù)如下：

3 結(jié) 語
    由于語音播報內(nèi)容需人為錄入，且播報時間需和倒計時時間保持一致，因此在語音輸入過程中需精確掌握播報時間，以便順利完成系統(tǒng)調(diào)試和運行。經(jīng)過多次軟、硬件調(diào)試、修正，交通燈倒計時語音播報系統(tǒng)能夠完成既定功能，且在實驗室環(huán)境下放音效果良好。
    在此充分挖掘并利用了凌陽SPCE061A在語音處理方面的優(yōu)勢，完成了上述倒計時語音播報系統(tǒng)的設(shè)計。考慮到實際交通環(huán)境下聲音嘈雜，可能會影響放音效果，因此，若需實際使用，需修改語音輸出電路，加大語音輸出功率。