飛機語音報警系統(tǒng)語音庫的設計

飛機語音報警系統(tǒng)語音庫的設計

0語音庫微控制器針對飛機語音報警系統(tǒng)的語音信息采集工作，由于人員、環(huán)境限制、操作復雜、不適合完全測試、二次開發(fā)和適用性差等問題，語音公共服務的建立是為了使用標準語音庫。利用微型控制調用所需的語音信息，并結合語音合成技術，可以合成相應于所需型號的飛機的完整語音警報信息。該語音庫由微控制器控制,采用了最新的高保真模擬存儲技術,具有尋址能力,不管是人工操作還是程控方式,用戶均可根據(jù)自身的需要在芯片中對信息任意錄制、編輯、改換和刪除,一經錄制可永久使用,也易于二次開發(fā)。而且該設備很容易與其它設備通信,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音即可,因此可移植性和通用性很好。1語音庫的配置該語音庫硬件主要由語音電路、控制系統(tǒng)、人機對話及接口電路三部分組成;軟件主要用匯編語言編寫。其原理見圖1。1.1語音電路語音電路由三部分組成:語音模擬存儲器、錄音電路、放音電路。主要完成語音信息的輸入、存儲和輸出。1a轉換的語音數(shù)據(jù)功能主要利用ISD語音芯片的特殊功能。ISD語音芯片采用CMOS技術,內含震蕩器、前置放大器、防滑濾波器、平滑濾波器、自動增益控制器、音頻放大器、自動靜噪及EEPROM陣列。具有模擬數(shù)據(jù)直接存儲,不需經過A/D或D/A轉換,比同等的數(shù)字方式具有更大的集成度并且存儲的模擬數(shù)據(jù)不揮發(fā),而且音質好。較高的集成度省去了很多外圍功能電路,因此整個系統(tǒng)電路非常簡單,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語音芯片不僅可以單片使用,也可以級聯(lián)使用,這樣就給信息的管理帶來了方便。在信息的管理上,ISD語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,小到按字存儲,大到按段存儲,且能夠隨意地錄、放、刪除任意一條信息。由于語音報警系統(tǒng)語音庫要求通用性強且具有多功能報警信息,因此采用飛機號和通道號及報警信息獨立編址和語音芯片級聯(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SPI串行外設接口輸入。2驅動上的耦合不管是單端驅動,還是差分驅動,同相模擬輸入端和反向模擬輸入端都通過耦合電容耦合輸入,只不過是當單端驅動時,反向模擬輸入端通過耦合電容接地。本文采用駐極體麥克風單端形式驅動ISD的前置放大。ISD4003的錄音可以用麥克風輸入,也可以用外部線路輸入。當用麥克風輸入時,線路入口自動斷開;當采用外部線路輸入的形式驅動ISD的前置放大時,駐極體麥克風自動斷開。在錄音時,不管采用駐極體話筒輸入,還是采用外部線路輸入,都將語音信號加到放大器的基極,經放大器放大后加到集電極,通過一個隔直流的耦合電容耦合到ISD4003-04的同相模擬輸入端。這樣就可驅動語音芯片的內部放大器,以實現(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相等,形成對稱輸入,通常選用0.1uF。3耦合電容c30耦合輸出語音輸出主要通過LM386放大輸出,其特點是頻響寬,功耗低,使用的電源電壓寬。在電源電壓為9V,負載電阻為8Ω時,最大輸出功率為1.3W;電源電壓為16V,負載電阻為16Ω時,最大輸出功率為1.6W。該電路外接元件少,使用時不需加散熱片。語音信息從ISD的模擬輸出端通過耦合電容C30耦合輸出到功放管LM386的輸入端,經放大后輸出驅動8Ω的揚聲器即可放音。當ISD的模擬輸出端啟動時,通過耦合電容C30耦合加到功放管的輸入端,再由輸出耦合電容C32耦合到揚聲器輸出。在LM386的輸入端加一個可變電阻R30,由此可改變揚聲器的音量,當聲音經放大后,經C31和R31組成的容性負載抵消揚聲器部分的感性負載,以防止在信號突變時,揚聲器上呈現(xiàn)較高的瞬時電壓而導致?lián)p壞。1.2實現(xiàn)與i/o口連接整個控制系統(tǒng)主要由AT89C51來實現(xiàn)對語音庫的管理、交互、通信,由它來完成語音信息的任意組合,實現(xiàn)告警信息的逐條錄放及連續(xù)錄放,人機交互及串行通信也由它實現(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警試驗器的匹配,由鍵盤操作實現(xiàn)單通道任意錄、放及檢測信息的報警;程序控制可以實現(xiàn)與語音報警系統(tǒng)的匹配,這一切都由計算機根據(jù)機身傳感器的信號自動報警。1)人工控制系統(tǒng)人工控制系統(tǒng)主要由鍵盤和顯示部分組成的人機對話接口電路實現(xiàn)。由于該系統(tǒng)僅用14個鍵,所以不需擴展I/O口,直接由P1口線組成3行5列的行列式鍵盤就可完成按鍵功能。鍵盤的鍵設置在行、列線的交點上,行、列線分別接到按鍵開關的兩端。當行線通過上拉電阻接+5V時,處在高電平狀態(tài)。鍵盤中有無按鍵按下是由列線送入全掃描字、行線讀入行線狀態(tài)來判斷的。操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)和命令,經單片機系統(tǒng)進行運算和處理后,顯示當前的系統(tǒng)狀態(tài),并完成當前的操作。顯示部分只需顯示通道號和飛機號及其錄放狀態(tài),所以只采用6個數(shù)碼管顯示即可。LED顯示采用7段共陰極動態(tài)顯示,用低功耗帶鎖存的顯示譯碼驅動芯片CC14511驅動數(shù)碼管,段選用P0口的8根線,位選通過一個三八譯碼器74LS238控制。這樣,只要在該位的段選線上保持段選碼電平,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)與語音報警系統(tǒng)檢查儀(PC)之間的通信是通過串行通信接口來完成的。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標準接口。這種連接僅將“發(fā)送數(shù)據(jù)”與“接收數(shù)據(jù)”交叉連接,其余的信號均不用,因此編程簡單。在PC與單片機通過RS-232C標準接口連接,經過電平轉換后,就可進行全雙工通訊,PC根據(jù)傳感器所檢測的信號可通過該檢查儀的RXD向單片機的TXD發(fā)送模擬存貯器地址碼,即可自動找到所要的語音報警信息,當所要的語音報警信息播放完畢后,由單片機的RXD向檢查儀的TXD發(fā)送語音結束標志碼,若PC收到該標志碼后,就可繼續(xù)檢查下一通道,直到通道結束。這些過程都是由計算機自動完成的,不受人工干預。當然,這也可以通過PC的鍵盤來選擇飛機號和通道號,實現(xiàn)半自動報警。1.3語音信號的輸出主要由鍵盤、顯示及串行通信接口組成。對于人機交互,采用總線方式,通過鍵盤輸入所要報警的飛機號及通道號,并顯示所要輸入的飛機號和通道號,當飛機號及通道號輸入之后,由軟件給對應的飛機號和通道號編址,然后語音庫根據(jù)所給的地址觸發(fā)與語音芯片相對應的語音信息地址,依此地址來組合所要報警的語音信息,最后根據(jù)鍵盤所選的錄或放的狀態(tài)來觸發(fā)錄音或放音電路;對語音芯片地址、數(shù)據(jù)的管理采用P3口的第一功能定義。對于程控,也是采用總線方式,無須鍵盤干涉,由檢查儀根據(jù)傳感器信號,自動編址,然后將該地址碼通過串行端口發(fā)送到語音庫,由語音庫根據(jù)所給的地址觸發(fā)與語音芯片相對應的語音信息地址,依此地址來組合所要報警的語音信息,最后由語音輸出電路放音即可實現(xiàn)報警。如果想由檢查儀實現(xiàn)自動錄音,那么,就可通過串行端口向語音庫發(fā)送二者約定的信息碼,當語音庫收到該信息碼之后,再根據(jù)所接收的地址碼,即可實現(xiàn)錄音。當然,也可以實現(xiàn)逐通道連續(xù)錄音,只需發(fā)信息碼不發(fā)地址碼,這時語音庫在接收不到地址碼時,就從0000H開始錄音,直到地址末尾。通過人機交互可以實現(xiàn)人機對話,由鍵盤可以控制48個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標準接口與語音報警系統(tǒng)連接可實現(xiàn)程序控制的自動報警。2可實現(xiàn)用戶自動駕駛語音告警系統(tǒng)語音庫可以在任何型號的飛機上使用,不僅可以單獨使用,也可以和原告警器配合使用;既可手動,也可程控。手動使用可通過鍵盤操作,步驟如下:1)按下選飛機型號鍵;2)按數(shù)字鍵(注:飛機號數(shù)大于0,小于等于25);3)按下選通道號鍵;4)按數(shù)字鍵(注:通道號數(shù)大于0,小于等于48);5)按P或R鍵。程控使用時,只需把語音庫和告警系統(tǒng)的COM口連接即可。3