一種智能電梯語音系統(tǒng)的設(shè)計

1、一種智能電梯語音系統(tǒng)的設(shè)計1引言隨著城市文明化和現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快.對建筑物中電梯的服務(wù)婆求也越來越高.人們越來越追 求智能化、人性化的乘梯環(huán)境。在電梯語音服務(wù)方面，目前主要是傳統(tǒng)的人工服務(wù).即通過電梯管理員告 知乘客所要到達的樓層以及其他相關(guān)的服務(wù)信息。木文以収片微機利ISD語音芯片為核心，設(shè)計了一種電 梯語音服務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)了電梯語音服務(wù)的智能化和自動化，以適應(yīng)備種對服務(wù)要求比較禹的電梯中。2 器件功能介紹Winbond公司的ISD系列語音芯片采用（“直接模擬址存儲”（DAST）專利技術(shù)，信號無需經(jīng)過D/A. A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字壓縮和語音合成等復(fù)朵的數(shù)字信號處理過程，減少了失真，使其聲音存貯

2、效果較以前產(chǎn)品 有大幅提商.實際試聽主觀評價可以達到磁帶錄音機的水平，是目前市場上錄放效果最好的語音電路之一。ISD1OO1語音芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動靜噪.咅 頻功率放大器及商密度多電平閃爍存儲陳列等（見圖1 ）因此只需很少的外鬧辭件就可構(gòu)成一個完整的聲 音錄放系統(tǒng)。芯片設(shè)計是基于所有操作由微控制器控制操作命令通過串行通信接口 （SPI或Micwire）送入° 采樣頻率可為4.OkHzx 5. 3kHz> 6.4kHz. 8.0kHz頻率越低.錄放時間越長，而音質(zhì)則有所下降。片內(nèi)信 息存于閃爍存儲器中可在斷電情況下保存100年（典型

3、值）反復(fù)錄10萬次。器件工作電壓3V, r作電 流25、30說，維持電流luA.單片錄放語音時間音質(zhì)好.適用于移動機及其它便攜式電子產(chǎn)品中。圖1ISD4OO4系列語音芯片內(nèi)部框圖2.1 引腳描述ISD4OO4系列芯片引腳圖如圖2所示：n nnpnn 口taQb口 nnMH忙MM151)4(卅 4 A r* hSIo4>N( T 1 X L(>.、w VKSSh-xv MSMMVSSISD40049)Un12B匚U匚UULJ匚匚匚LIU匚ULI 囂豔蠱畫Jsc圖2ISD1001系列芯片引腳圖(TSOP及PDIPs SOIC)同相模擬輸入(ANA IN-)-這是錄音信號的同相輸入端.輸

4、入放大湍可用敢端或差分驅(qū)動。爪端輸 入時.信號由耦合電容輸入.最大幅度為峰峰值32m V，耦合電容和木端的3 k Q輸入阻抗決定了芯片頻 率的低端截止頻率。在差分驅(qū)動時.信號最大幅度為峰峰值16m V。反相模擬輸入(ANA IN-)-差分驅(qū)動時.這是錄音信號的反相輸入端。信號通過耦合電容輸入.最 大幅度為峰峰值16m V,木瑞的標(biāo)稱輸入阻抗為56 kQ,單端驅(qū)動時.木端通過電容接地。兩種方式下, ANA IN+和ANA IN-端的耦合電容值應(yīng)相同。音頻輸出(AUD OUT)提供音頻輸出.可驅(qū)動5Q的負戦。片選(SS)-此端為低，即選中ISD4001系列。串行輸入(MOSD此為串行輸入端，主控制

5、湍應(yīng)在串行時鐘上升沿之前半個周期將數(shù)據(jù)放到木端，供IS D輸入。串行輸出(MISO)-串行輸岀端，ISD未選中時.木端呈高阻態(tài)。串行時鐘(SCLK)-ISD的時鐘輸入端.由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和NISO的數(shù)據(jù)傳輸=> 數(shù)據(jù)在S CLK上升沿鎖存到ISD.在下降沿移出ISDo中斷(INT)-木端為漏極開路輸出，ISD在任何操作(包括快進)中檢測到EOH或OVF時.木端變低并保持。 中斷狀態(tài)在下一個SPI周期開始清除，中斷狀態(tài)也可用RINT指令讀収。行地址時鐘(RAC)-漏極開始輸出。每個RAC周期表示ISD存儲器的操作進行了一行(ISD4OO4系列中的 存儲器有2400行)。8k

6、Hz采樣頻率的器件，RAC周期為200ms,其中175ms保持高電平,低電平為25ms?？爝M模式下，RAC為218. 75ms ft電平，31.25ms為低電平，該端可用于存儲管理技術(shù)°外部時鐘(XCLK) -木端有內(nèi)部下拉元件.芯片內(nèi)部的采樣時鐘在出廠前已調(diào)校.誤差在1%內(nèi)，在不外 接時鐘時.此端必須接地。自動靜噪仙CAP) 1 UF電容構(gòu)成內(nèi)部峰值檢測電路的一部分，檢測出的峰值電平與內(nèi)部設(shè)定的閾值作比較.決定自動靜噪電路的工作與否。大信號時自動靜噪電路不衰減.靜音時衰減6dB。同時 1UF電容 也影響自動靜噪電路時信號幅度的響應(yīng)速度.本端接VCCA則禁止自動靜噪。2.2 SPI

7、接口ISD4001：作于SPI串行接口。SPI協(xié)議是一個同步串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議.協(xié)議假定微控制器的SPI 移位寄存器在SCLK的下降沿動作。因此.對ISD4001而言，在時鐘上升沿鎖存MOSI引腳數(shù)據(jù)，在下降沿 將數(shù)據(jù)送至HISO引腳°協(xié)議具體內(nèi)容如下：(1) 所有串行數(shù)據(jù)傳輸開始于SS下降沿；(2) SS在傳輸期間必須保持為低電平.在兩條抬令之間保持為髙電平；(3) 數(shù)據(jù)在時鐘上升沿移入，在下降沿移出；(4) SS變低.輸入抬令和地址后 ISD行才開始錄放操作；(5) 抬令格式是8位控制碼加16位地址碼；ISD的任何操作(含快進)如果遇到EOH或OVF.則產(chǎn)生一個中斷.該中斷狀態(tài)在下

8、一個SPI周期開始時被清除;(7)使用“讀”抬令會使中斷狀態(tài)位移出ISD的MISO引腳時，控制及地址數(shù)據(jù)也同步從MOSI端移入；(8)所有操作在運行位(RUN)宜1時開始.宜0時結(jié)束；(9)所有指令都在SS端上升沿開始執(zhí)行。OVF標(biāo)吉抬示ISD錄放操作已到達存儲辭的末尾。EOM標(biāo)總只在放音過程中檢測到內(nèi)部的EOM標(biāo)忐時.此狀 態(tài)位置1 如圖3所示。SPI指令碼如表1所示。MISOHIMPlf：p。FaPfAPMHlPHPl4&MOSI(< JI 1c«»*2和AllMiA4% I MezgcCudngZCi»心、Bi"AB 叭crip卍I)

9、 Play ；RP.* IT> RIN圖3SPI端口的控制位SPI抬令表指令8位控制碼、16位地址風(fēng)操作鶴P0WERUP00i0ta< (xxxxxxxxxxxxxxxx)電 WFTPUD后器件可以及作QTTT DT AV1上兒TT峪召r立 VTUgCTV 4b Xx片曰r去St心Olli1.丄J&1.111 uUaAA. 111 j nJ?訶化AIL/I如步、曰？乃b口釵丄url丄3日咒從曰書:祕PLAYlllOtax (xmxxxxxxiGxxxx)Ai當(dāng)前地址瑚放音值那0M或OVF>SET REClOHOxxx (Al5-AO)2潴定地址開搗錄音，須后跟REC指

10、令，僮錄音繼續(xù)RHC1011 tax (xxxxxxxxxxxxxxxx)占前地址開始錄音（ffiJOVF或停止）SET MC111D1XXX (A】5- A0)干拾定地址開船快進，須后銀MC指令，使快進繼續(xù)MC111J1XXX (xxxxxxxxxxxxxxxx)*行快進，SSIEOM,若再無信息，則進人OVF狀態(tài)STOP0X11DXXX ixxxxxxxxxxxxxxxx)*止當(dāng)前解STOP PWRDN0X01XXXX 儀xxxxxxxmxxxxx)*止當(dāng)前的操作并掉電RINT0X119XXX (xxxxxxxxxxxxxxxx)借狀態(tài)：OVP和EOM以下列舉了幾種對ISD器件進行操作時的

11、描令次序。（1）信息快進。用戶不必知道確切的地址就能快進跳過一條信息。信息快進只用于放音模式。放音速度是正常的1600倍.遇到E0M后停止.內(nèi)部地址計數(shù)器加1并接下條信息開始處。（2）上電順序。器件延時TPUD（SkHz）采樣時,約25ms后才能開始操作。因此.用戶發(fā)完上電指令后,必 須等待TPUD.才能發(fā)出一條操作指令。例如從00處放音，應(yīng)遵循如下時序:發(fā)power up命令;等待TPUD 上電延時）；發(fā)地址值為00的SETPLAY命令;發(fā)PLAY命令。器件會從00地址開始放音，、勺出現(xiàn)EOM時.立 即中斷,停止放音。如果從00處錄音.則按以下時序:發(fā)power up命令;等待TPUD（上電

12、延時）；發(fā)power up命令;等待2倍TPVD;發(fā)地址值為00的SET REC命令;發(fā)REC命令。器件便從00地址開始錄音，一直到出現(xiàn)OVF存儲器末尾）時.錄音停止。SPI控制寄存器控制器件的每種功能，如表2所列。表2SPI控制寄存器值功能ft值功能RUN1允和棊止操作PU1電源控制Pg二1Q丿1刈停止二10丄電PZR10錄/放方式 放音 錄音IAB1操作是否便用舲地址 忽昭輸人地址寄存器的內(nèi)容 勵輸人地址寄存器的內(nèi)容MC10允許快進禁it快進P15-P0磷針寄輜輸人地址寄存器注：IABg 0時，錄.放操作從A15A0地址開始°為J'能連貫錄、放到后續(xù)存儲空間，在操作到達該

13、行之前，應(yīng)發(fā)出第二個SPI描令將IABgl,原則器件在同一地址上反復(fù)循環(huán)。這個持點對語音提示功能很有用，RAC腳和IAB位可用干信息管理。2. 3 命令格式及時序8位及24位命令格式如圖4和圖5所示。錄音、放音.停止時序如圖6所示。戲rSCLKmiso yEXSXEXKKEXTLXETXKXDSCLK圖18位命令格式BYTE2BYTE1/VWWW|/WWWMBYTE3JWVWW匸DSKDOSOdOCZMIM) -24位命令格式S(I.KBYTE2/VWVWWWWXAAPBYTE1BYTE3JWWVAAA|忙E)®®Q®<DOSXI矩XMIM） 一 （吋 &g

14、t;O冋何X冋爐如炯>圖7錄音、放音.停止時序3 電梯語音系統(tǒng)的設(shè)計3. 1 系統(tǒng)原理電路木系統(tǒng)是抬安裝在電梯內(nèi)的放音電路，不包含錄音部分。在實際應(yīng)用中，將對方需更播音的內(nèi)容爭 先錄制到語音芯片中（每一層樓對應(yīng)一段語音服務(wù)，按樓層從低到高的順序錄音），電梯運行時.木系統(tǒng)便 可實現(xiàn)自動的語音播報服務(wù)。各樓層信號通過信號采集系統(tǒng)從電梯控制面板中引出經(jīng)過隔離系統(tǒng).進入 的片機（如圖8所示，其中隔離器件選用TOSHIBA的光電耦合芯片TLP521-4）。電源部分從電梯內(nèi)部引入2 20V交流電源，通過電源模塊和電斥調(diào)節(jié)模塊分別為爪片機和語音芯片提供5V和3V電壓（如圖9所示）o 語音芯片輸出的音頻

15、信號通過功放電路輸出至外部。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖7所示。系統(tǒng)整休結(jié)構(gòu)圖BUTT0N1TLP521-4BUTTON2BUTTOH3BITTT0N4”麗一IF2S-IF3麗kbd信號采集電路5V圖9電源電路3.2 單片機與ISD芯片接口電路本文討論的電梯語音系統(tǒng)的控制和放音部分主要由AT89C51矗片機和ISD4OO4語音芯片構(gòu)成其中譏片機和語音芯片的接口設(shè)汁如圖10所示：+5VAT89C51RSTP1.0 Pl.l Pl. 2Fl. 3Pl.425CLOSEF1313 TF14F151F168FIT21F1822F1923F2024UP25DOW26F1221Fll28F310EhI11T0 nrr

16、i TOT1Pl. 5Pl.6Pl. 7P2.QP2.1P2 2P2.3F2.4P2.5F2.6P2.7EMVSSX2XIPO. 0PO.lP0.2P0.3P0.4P0.5PO.6FD. 7 /FJiFSEHALE/FTUD38F237F336F435F534Fb3332FJ7 6 AMI- AMV 11* 11 - A<v i?KVCCDVCCA/SSMOSIXI SOSCLK/HITRACAHA IN+ xBA III- xMCAPVSSDvss*VSSAXCLK AITOUTYJSALLM386Ju15TL4 12 8=Flo圖10ISD4001與89C51接口電路從圖10中可以看

17、出，單片機和ISD4004之間的連線較少。P1.0接ISM004的片選引腳/SS,控制ISD4001是否選通;Pl1接ISD4OO4的MOSI串行輸入引腳語音芯片從該引腳讀入放音的地址;P1.2接ISD的串行輸出引腳MISO.農(nóng)片機從該引腳接收從語音芯片傳來的信號；貳片機AT89C51的P1. 3接ISD1001的串行時鐘輸入端SCLK,作為ISD的時鐘輸入,用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸;P14接ISD芯片的中斷引腳/INT,接收從語音芯片發(fā)來的EOM信號，獲得語音段結(jié)束信息，控制其放音或快進操作;ISD1004頻信號輸出引腳AUDOUT通過一濾波電容輸岀至外部功放。本系統(tǒng)是針對播報2

18、0層樓的情形設(shè)汁的.通過信號采集系統(tǒng)從電梯控制血板內(nèi)主要取出了三類信號:樓層信號，上下行信號，關(guān)門信號。其中F1至F20便是樓層信號，UP和DOW,分別為上行和下行信號,CLOSE為關(guān)門信號，這些信號經(jīng)過隔離處理后進入取片機。4軟件設(shè)計按照前面的分析和換件原理圖，軟件部分的任務(wù)主要是找出將要進行語音播報服務(wù)的樓層和在找到樓層后在合適的時候進行放音。41 牧件流程包括以下步驟(1) 初始化，取定當(dāng)前樓層；(2) 掃描電梯倆板.并雖:化存儲用戶選取的所有目標(biāo)樓層信息；(3) 為存儲的目標(biāo)樓層數(shù)據(jù)排序；(4) 判斷是否存在有效的目標(biāo)樓層信息，若判斷結(jié)果為否，則返回步驟(2);(5) 若步驟中的判斷結(jié)

19、果為是，檢測是否有關(guān)門信號.若檢測結(jié)果為否,則返回步驟;(6) 若(5)中檢測的結(jié)果為是，判斷電梯是上行還是下行；(7) 保存判斷所述的電梯最近目標(biāo)樓層；(8) 調(diào)用選音播放子程序；(9) 保存已經(jīng)播放語音的電梯報近目標(biāo)樓層為、9前樓層。42 軟件軟件流程圖如圖11所示。選音播放子程序見圖12。圖11系統(tǒng)軟件流程圖圖12選音播放子程序流程圖對于ISMOO 1而言.由于兩次要放音的內(nèi)容在存儲器里不一定是相鄰的兩段.所以涉及到對語音芯片的分段提取語音的控制，而不只是簡貳的放音操作。對干這種情況，如果在知道每一語音段首地址的情況下.可以直接采用“發(fā)送該段首地址并從、T前地址開始放音”的命令來實現(xiàn)由于在實際錄音過程中，錄音設(shè)備不一定提供每一語音段的物理地址(一般只是顯示對應(yīng)的段數(shù))，所以在提取樓層對應(yīng)的語音段的問題上，就必須采取另外的方法，在這里我們是采取控制語音芯片連續(xù)快進的方式來實現(xiàn)的。因此.選音播放子程序包括下列步驟：(1) 根據(jù)電梯昴近目標(biāo)樓層設(shè)宜快進次數(shù)訃數(shù)器；(2) 從首地址處開始快進一次(木系統(tǒng)一樓不婆求語音服務(wù))；(3) 向語音芯片發(fā)送從'"I前語音段地址開始快進的命令；(4) 檢測是否到達電梯