飛機(jī)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)語(yǔ)音庫(kù)的設(shè)計(jì)

飛機(jī)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)語(yǔ)音庫(kù)的設(shè)計(jì)

0語(yǔ)音庫(kù)微控制器針對(duì)飛機(jī)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的語(yǔ)音信息采集工作，由于人員、環(huán)境限制、操作復(fù)雜、不適合完全測(cè)試、二次開(kāi)發(fā)和適用性差等問(wèn)題，語(yǔ)音公共服務(wù)的建立是為了使用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)音庫(kù)。利用微型控制調(diào)用所需的語(yǔ)音信息，并結(jié)合語(yǔ)音合成技術(shù)，可以合成相應(yīng)于所需型號(hào)的飛機(jī)的完整語(yǔ)音警報(bào)信息。該語(yǔ)音庫(kù)由微控制器控制,采用了最新的高保真模擬存儲(chǔ)技術(shù),具有尋址能力,不管是人工操作還是程控方式,用戶(hù)均可根據(jù)自身的需要在芯片中對(duì)信息任意錄制、編輯、改換和刪除,一經(jīng)錄制可永久使用,也易于二次開(kāi)發(fā)。而且該設(shè)備很容易與其它設(shè)備通信,若用于不同的系統(tǒng),不需改變硬件電路,只需改變軟件以及所需的語(yǔ)音即可,因此可移植性和通用性很好。1語(yǔ)音庫(kù)的配置該語(yǔ)音庫(kù)硬件主要由語(yǔ)音電路、控制系統(tǒng)、人機(jī)對(duì)話(huà)及接口電路三部分組成;軟件主要用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。其原理見(jiàn)圖1。1.1語(yǔ)音電路語(yǔ)音電路由三部分組成:語(yǔ)音模擬存儲(chǔ)器、錄音電路、放音電路。主要完成語(yǔ)音信息的輸入、存儲(chǔ)和輸出。1a轉(zhuǎn)換的語(yǔ)音數(shù)據(jù)功能主要利用ISD語(yǔ)音芯片的特殊功能。ISD語(yǔ)音芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含震蕩器、前置放大器、防滑濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)增益控制器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及EEPROM陣列。具有模擬數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ),不需經(jīng)過(guò)A/D或D/A轉(zhuǎn)換,比同等的數(shù)字方式具有更大的集成度并且存儲(chǔ)的模擬數(shù)據(jù)不揮發(fā),而且音質(zhì)好。較高的集成度省去了很多外圍功能電路,因此整個(gè)系統(tǒng)電路非常簡(jiǎn)單,只需在模擬輸入口連接錄音電路,在模擬輸出口連接放音電路即可。在使用上,ISD語(yǔ)音芯片不僅可以單片使用,也可以級(jí)聯(lián)使用,這樣就給信息的管理帶來(lái)了方便。在信息的管理上,ISD語(yǔ)音芯片具有兩種尋址方式:直接尋址和操作模式。信息的存儲(chǔ),小到按字存儲(chǔ),大到按段存儲(chǔ),且能夠隨意地錄、放、刪除任意一條信息。由于語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)語(yǔ)音庫(kù)要求通用性強(qiáng)且具有多功能報(bào)警信息,因此采用飛機(jī)號(hào)和通道號(hào)及報(bào)警信息獨(dú)立編址和語(yǔ)音芯片級(jí)聯(lián)的方式。該芯片所有操作由微控制器控制,操作命令可通過(guò)SPI串行外設(shè)接口輸入。2驅(qū)動(dòng)上的耦合不管是單端驅(qū)動(dòng),還是差分驅(qū)動(dòng),同相模擬輸入端和反向模擬輸入端都通過(guò)耦合電容耦合輸入,只不過(guò)是當(dāng)單端驅(qū)動(dòng)時(shí),反向模擬輸入端通過(guò)耦合電容接地。本文采用駐極體麥克風(fēng)單端形式驅(qū)動(dòng)ISD的前置放大。ISD4003的錄音可以用麥克風(fēng)輸入,也可以用外部線(xiàn)路輸入。當(dāng)用麥克風(fēng)輸入時(shí),線(xiàn)路入口自動(dòng)斷開(kāi);當(dāng)采用外部線(xiàn)路輸入的形式驅(qū)動(dòng)ISD的前置放大時(shí),駐極體麥克風(fēng)自動(dòng)斷開(kāi)。在錄音時(shí),不管采用駐極體話(huà)筒輸入,還是采用外部線(xiàn)路輸入,都將語(yǔ)音信號(hào)加到放大器的基極,經(jīng)放大器放大后加到集電極,通過(guò)一個(gè)隔直流的耦合電容耦合到ISD4003-04的同相模擬輸入端。這樣就可驅(qū)動(dòng)語(yǔ)音芯片的內(nèi)部放大器,以實(shí)現(xiàn)錄音功能,一般同相模擬輸入端和反相模擬輸入端的電容應(yīng)相等,形成對(duì)稱(chēng)輸入,通常選用0.1uF。3耦合電容c30耦合輸出語(yǔ)音輸出主要通過(guò)LM386放大輸出,其特點(diǎn)是頻響寬,功耗低,使用的電源電壓寬。在電源電壓為9V,負(fù)載電阻為8Ω時(shí),最大輸出功率為1.3W;電源電壓為16V,負(fù)載電阻為16Ω時(shí),最大輸出功率為1.6W。該電路外接元件少,使用時(shí)不需加散熱片。語(yǔ)音信息從ISD的模擬輸出端通過(guò)耦合電容C30耦合輸出到功放管LM386的輸入端,經(jīng)放大后輸出驅(qū)動(dòng)8Ω的揚(yáng)聲器即可放音。當(dāng)ISD的模擬輸出端啟動(dòng)時(shí),通過(guò)耦合電容C30耦合加到功放管的輸入端,再由輸出耦合電容C32耦合到揚(yáng)聲器輸出。在LM386的輸入端加一個(gè)可變電阻R30,由此可改變揚(yáng)聲器的音量,當(dāng)聲音經(jīng)放大后,經(jīng)C31和R31組成的容性負(fù)載抵消揚(yáng)聲器部分的感性負(fù)載,以防止在信號(hào)突變時(shí),揚(yáng)聲器上呈現(xiàn)較高的瞬時(shí)電壓而導(dǎo)致?lián)p壞。1.2實(shí)現(xiàn)與i/o口連接整個(gè)控制系統(tǒng)主要由AT89C51來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音庫(kù)的管理、交互、通信,由它來(lái)完成語(yǔ)音信息的任意組合,實(shí)現(xiàn)告警信息的逐條錄放及連續(xù)錄放,人機(jī)交互及串行通信也由它實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)的流程如圖2所示。該系統(tǒng)由人工控制和程序控制兩部分組成。人工控制主要完成與報(bào)警試驗(yàn)器的匹配,由鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)單通道任意錄、放及檢測(cè)信息的報(bào)警;程序控制可以實(shí)現(xiàn)與語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的匹配,這一切都由計(jì)算機(jī)根據(jù)機(jī)身傳感器的信號(hào)自動(dòng)報(bào)警。1)人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)主要由鍵盤(pán)和顯示部分組成的人機(jī)對(duì)話(huà)接口電路實(shí)現(xiàn)。由于該系統(tǒng)僅用14個(gè)鍵,所以不需擴(kuò)展I/O口,直接由P1口線(xiàn)組成3行5列的行列式鍵盤(pán)就可完成按鍵功能。鍵盤(pán)的鍵設(shè)置在行、列線(xiàn)的交點(diǎn)上,行、列線(xiàn)分別接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端。當(dāng)行線(xiàn)通過(guò)上拉電阻接+5V時(shí),處在高電平狀態(tài)。鍵盤(pán)中有無(wú)按鍵按下是由列線(xiàn)送入全掃描字、行線(xiàn)讀入行線(xiàn)狀態(tài)來(lái)判斷的。操作人員可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)和命令,經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)算和處理后,顯示當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài),并完成當(dāng)前的操作。顯示部分只需顯示通道號(hào)和飛機(jī)號(hào)及其錄放狀態(tài),所以只采用6個(gè)數(shù)碼管顯示即可。LED顯示采用7段共陰極動(dòng)態(tài)顯示,用低功耗帶鎖存的顯示譯碼驅(qū)動(dòng)芯片CC14511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管,段選用P0口的8根線(xiàn),位選通過(guò)一個(gè)三八譯碼器74LS238控制。這樣,只要在該位的段選線(xiàn)上保持段選碼電平,再位選所要顯示的位即可。2)程控系統(tǒng)該模擬存貯器(單片機(jī))與語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)檢查儀(PC)之間的通信是通過(guò)串行通信接口來(lái)完成的。二者之間的數(shù)據(jù)通信采用異步串行通訊方式,接口選用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口。這種連接僅將“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”交叉連接,其余的信號(hào)均不用,因此編程簡(jiǎn)單。在PC與單片機(jī)通過(guò)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口連接,經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后,就可進(jìn)行全雙工通訊,PC根據(jù)傳感器所檢測(cè)的信號(hào)可通過(guò)該檢查儀的RXD向單片機(jī)的TXD發(fā)送模擬存貯器地址碼,即可自動(dòng)找到所要的語(yǔ)音報(bào)警信息,當(dāng)所要的語(yǔ)音報(bào)警信息播放完畢后,由單片機(jī)的RXD向檢查儀的TXD發(fā)送語(yǔ)音結(jié)束標(biāo)志碼,若PC收到該標(biāo)志碼后,就可繼續(xù)檢查下一通道,直到通道結(jié)束。這些過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成的,不受人工干預(yù)。當(dāng)然,這也可以通過(guò)PC的鍵盤(pán)來(lái)選擇飛機(jī)號(hào)和通道號(hào),實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)報(bào)警。1.3語(yǔ)音信號(hào)的輸出主要由鍵盤(pán)、顯示及串行通信接口組成。對(duì)于人機(jī)交互,采用總線(xiàn)方式,通過(guò)鍵盤(pán)輸入所要報(bào)警的飛機(jī)號(hào)及通道號(hào),并顯示所要輸入的飛機(jī)號(hào)和通道號(hào),當(dāng)飛機(jī)號(hào)及通道號(hào)輸入之后,由軟件給對(duì)應(yīng)的飛機(jī)號(hào)和通道號(hào)編址,然后語(yǔ)音庫(kù)根據(jù)所給的地址觸發(fā)與語(yǔ)音芯片相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息地址,依此地址來(lái)組合所要報(bào)警的語(yǔ)音信息,最后根據(jù)鍵盤(pán)所選的錄或放的狀態(tài)來(lái)觸發(fā)錄音或放音電路;對(duì)語(yǔ)音芯片地址、數(shù)據(jù)的管理采用P3口的第一功能定義。對(duì)于程控,也是采用總線(xiàn)方式,無(wú)須鍵盤(pán)干涉,由檢查儀根據(jù)傳感器信號(hào),自動(dòng)編址,然后將該地址碼通過(guò)串行端口發(fā)送到語(yǔ)音庫(kù),由語(yǔ)音庫(kù)根據(jù)所給的地址觸發(fā)與語(yǔ)音芯片相對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音信息地址,依此地址來(lái)組合所要報(bào)警的語(yǔ)音信息,最后由語(yǔ)音輸出電路放音即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警。如果想由檢查儀實(shí)現(xiàn)自動(dòng)錄音,那么,就可通過(guò)串行端口向語(yǔ)音庫(kù)發(fā)送二者約定的信息碼,當(dāng)語(yǔ)音庫(kù)收到該信息碼之后,再根據(jù)所接收的地址碼,即可實(shí)現(xiàn)錄音。當(dāng)然,也可以實(shí)現(xiàn)逐通道連續(xù)錄音,只需發(fā)信息碼不發(fā)地址碼,這時(shí)語(yǔ)音庫(kù)在接收不到地址碼時(shí),就從0000H開(kāi)始錄音,直到地址末尾。通過(guò)人機(jī)交互可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà),由鍵盤(pán)可以控制48個(gè)通道中的任一通道信息的錄放,并由顯示電路顯示目前所處的狀態(tài)。若串行通信由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口與語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)連接可實(shí)現(xiàn)程序控制的自動(dòng)報(bào)警。2可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自動(dòng)駕駛語(yǔ)音告警系統(tǒng)語(yǔ)音庫(kù)可以在任何型號(hào)的飛機(jī)上使用,不僅可以單獨(dú)使用,也可以和原告警器配合使用;既可手動(dòng),也可程控。手動(dòng)使用可通過(guò)鍵盤(pán)操作,步驟如下:1)按下選飛機(jī)型號(hào)鍵;2)按數(shù)字鍵(注:飛機(jī)號(hào)數(shù)大于0,小于等于25);3)按下選通道號(hào)鍵;4)按數(shù)字鍵(注:通道號(hào)數(shù)大于0,小于等于48);5)按P或R鍵。程控使用時(shí),只需把語(yǔ)音庫(kù)和告警系統(tǒng)的COM口連接即可。3