基于SYN6288的车速语音播报系统设计

郭克友，陈雪洁，纪 彬

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

基于SYN6288的车速语音播报系统设计

郭克友，陈雪洁，纪 彬

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

详细介绍了一种基于SYN6288实时语音播报、带有LCD液晶显示功能的车速播报系统。系统采用霍尔传感器对车速进行采集，通过STC89C52RC单片机进行控制，LCD1602显示车速，采用SYN6288中文语音合成芯片将车速合成为语音，最后通过功率放大器将语音进行放大，并通过喇叭将语音输出。该系统运用在实验室测试车辆上，实现了车速的实时播报功能。测试结果表明：系统运行稳定，播报效果良好。

语音播报；车速；数字电路；SYN6288

语音合成技术在电信、交通运输以及银行等领域的语音广播中得到了广泛的应用。随着语音与信号处理技术的迅速发展，语音播报应用在各个行业得到了充分的展示［1］。在我国，语音合成技术的研究已逐步从理论向研制开发方面发展，国内许多单位纷纷开始研制中文系统，并已进入实用阶段，其应用领域十分广泛，技术也日趋成熟。目前，在嵌入式应用领域，具有代表性的语音芯片有：科大讯飞的XF－S4240芯片和XF－S4041CN芯片、宇音天下的SYN6288芯片［2］。本系统采用宇音天下的SYN6288芯片。

现在越来越讲究人性化的设计，为了提高驾驶者的安全性，进行速度播报具有实际意义。为提高实验室设备以及测试设备的智能化控制程度，在实验室测试车辆上装上了车速语音播报系统。这样不但能够有效地测试到驾驶速度，还能及时地播报给驾驶者与乘坐者，既能提醒驾驶者行车状况，保证人车安全，又能让驾驶者较清楚地了解油耗情况，更加注意安排车速的变化，既经济实惠，又节能减排。

1 总体方案设计

本系统通过SYN6288中文语音合成芯片实现语音播报，其硬件组成主要包括测速、按键扫描、显示模块、合 成 模 块、功 放 模 块 5 部 分。系 统 以STC89C52RC为主控芯片，通过串口与语音芯片进行通信，采用SYN6288中文语音合成芯片来合成语音。语音芯片输出的音频信号经SNAP001功放集成电路放大后由喇叭输出。系统的总体结构框图如图1所示。

系统通过霍尔传感器采集转速信号，再通过外部中断引脚将转速信号传送到单片机STC89C52RC中，通过采集按键信号，将命令送入到STC89C52RC单片机中处理，并将输入的按键控制命令显示在LCD1602显示屏中，同时将采集到的转速通过串口通信的方式，传送到SYN6288芯片中进行合成，并通过功率放大电路将声音进行放大，由喇叭播报出来，从而实现了速度的语音播报功能。

图1 系统的总体结构框图

2 硬件系统设计

2.1 主芯片的选择

本系统选用STC89C52RC作为主芯片。STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系统可编程Flash存储器［3－4］。STC89C52RC单片机虽然和DSP、ARM相比，处理速度和运算速度都比较慢，但它的体积小、质量轻、价格便宜，容易获取，它可以满足本次实验的设计要求。

2.2 语音芯片的选择

语音合成，即TTS（Text To Speech）技术，能将任意文字信息实时转化为标准流畅的自然语音并朗读出来［5－6］。SYN6288是一款中文语音合成芯片，通过异步串口（UART）通信方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换。转换后可以得到标准流畅的自然语音［7］。SYN6288应用范围广泛，主要应用有公交报站、考勤机、排队叫号、短信息播放、新闻播放、语音电子书等，它在车载信息终端语音播报、车载信息调度、车载导航领域也得到广泛应用［8］。

与传统的语音芯片相比，SYN6288支持英文字母的合成，遇到英文字母单词时按字母方式发音。同时该芯片无需录音，且能够满足实时性和灵活性的要求，具有智能的文本分析处理算法，可正确识别数值、号码、时间日期及常用的度量衡符号，满足本系统的实时数字报速的设计要求。

2.3 系统电源模块设计

车载电源提供12V电压，而系统中各个模块的工作电压均为5V，因此采用LM2576D2T－5芯片将12 V输入电压转化为5V的输出电压，供系统内各控制单元使用［9］。系统车载12V电源转换为5V电路如图2所示。

图2 车载12V电源转换为5V电路

2.4 测速模块设计

转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中，电子式定时计数测量频率的方法一般有3种：测频率法、测周期法、多周期测频法。本系统采用的是测频法，即在一定时间间隔t内，计数被测信号的重复变化次数N，则被测信号的频率f可表示为f＝Nt。

系统采用集成霍尔传感器采集速度信号，具有频率响应快、抗干扰能力强等特点［10］。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转1周，获得多个脉冲输出。霍尔传感器的输出信号经信号调理后，通过单片机对连续脉冲记数来实现转速测控，并且充分利用了单片机的内部资源，有很高的性价比。

2.5 语音合成模块设计

本系统采用SYN6288中文语音合成芯片进行语音合成。该芯片具有电路简洁、性能可靠、实用性强的特点［11］。

上位机是以命令帧的格式向SYN6288发送命令。SYN6288芯片根据命令帧进行相应操作，并向上位机返回命令操作结果。SYN6288在正常工作模式时，BUSY指示芯片工作状态。在语音合成或发生过程中，BUSY输出高电平，指示在工作中；合成结束时，BUSY输出低电平，向上位机发出数据传送请求，指示数据传送结束。

当检测到速度之后，单片机通过串口与语音合成模块进行通信，将速度的值送到合成模块内，合成模块将得到的速度值进行语音转换，转换过程中有一状态判断位进行忙闲检测，只有空闲的时候才能进行合成。本系统中将SYN6288语音合成模块的UART＿TxD引脚、UART＿RxD引脚分别与STC89C52单片机的RxD、TxD引脚相连接。电源引脚与5V输出电源引脚相连，GND引脚共地，外接一个LED显示灯，指示连接状态［12］。语音合成模块电路如图3所示。

图3 语音合成模块电路

2.6 功放电路设计

SYN6288芯片有2个引脚BP0和BN0可以直接接喇叭进行语音播报，但经过实验测试发现，当在嘈杂的环境下，声音太小，无法听清，为此加入功放电路，将声音进行放大，这样不但音量增大，同时可以节省MCU宝贵的I/O口。如图4所示的功放电路，直接将BUSY状态位与SNAP001的片选引脚CE相接。

图4 功放电路设计

3 软件设计

本系统软件设计主要包括测速模块软件设计、显示模块软件设计和语音播报软件设计。本节主要讲述测速模块和语音合成模块的软件设计。主程序流程图如图5所示。

图5 主程序流程图

3.1 测速模块软件设计

本系统的转速采用霍尔传感器进行采集，通过外部中断引脚输入到单片机，初始化时设置为边沿触发方式，每到一个下降沿，脉冲数加1。通过定时器0进行定时，每50ms中断1次，当定时达到1s时，将得到的脉冲数进行处理，求出各个位上的数值，存放到数组中。测速模块软件设计主流程图如图6所示。

图6 测速模块软件设计主流程图

3.2 语音播报模块软件设计

SYN6288芯片支持以下命令帧格式：“帧头FD＋数据区长度＋数据区”格式（最大206个字节）。上位机发送给SYN6288芯片的所有命令和数据都需要用“帧”的方式进行封装后传输。

本系统中当按下语音播报按键时，就将速度值按位存放到待播报的数组中，SYN6288将数组中的文本合成语音，经过功率放大器的放大，再由喇叭进行播报。语音合成播报软件流程图如图7和图8所示。

图7 播报子程序流程图

4 结束语

图8 语音播报主流程图

本文介绍了车速语音播报系统的设计，并在实验室测试车辆上完成了实验。实验结果表明：基于SYN6288语音合成芯片的车速语音播报系统，可以完成车速播报的功能。系统采用国际领先的语音合成技术为用户提出了智能语音播报的解决方案，不仅降低了建设成本，而且提高了服务效率，适用广泛，具有较强的实用价值。

（References）

［1］曾谁飞，王仁波.语音合成技术在智能语音播报系统中的应用探析［J］.电信科学，2010（3）：64－68.

［2］高新，张智杰，李莹.带语音功能的数字转速表［J］.信息技术，2007（11）：121－123.

［3］王刚.具有实时语音播报运动木棒长度计量仪的设计［J］.白城师范学院学报，2011，25（3）：61－64.

［4］王景中，张朝杰.基于AT89S51系列单片机实时语音播报的超声波测距仪设计［J］.微型机与应用，2010（4）：28－31.

［5］王虎升，李金环，袁宪锋，等.基于STM32的嵌入式语音播报系统的设计［J］.北京联合大学学报：自然科学版，2011，25（3）：11－15.

［6］艾散·帕合提，蔡亚永，买尔丹·祖农.语音合成系统的研究与应用［J］.信息通信，2012（5）：113－114.

［7］Saraswathi S，Vishalakshy R.Design of Multilingual Speech Synthesis System［J］.Intelligent Information Management，2010（2）：58－64.

［8］耶晓东.基于单片机的公交车自动报站系统的设计与实现［J］.信息技术，2011（4）：40－43.

［9］卓晴，邵贝贝，黄开胜.学做智能车［M］.2版.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［10］王瑜，王斌.基于STC系列微控制器的电机数字测速系统设计［J］.电器技术，2012（3）：69－71.

［11］单爱军.SYN6288中文语音合成芯片在智能播种监视器中的应用［J］.农业科技与装备，2012（6）：43－47.

［12］赵全利，肖兴达.单片机原理及应用教程［M］.北京：机械工业出版社，2007.

Design of voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288

Guo Keyou，Chen Xuejie，Ji Bin
（School of Material and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

This paper describes a real time voice broadcast system about car’s speed based on SYN6288，which includes the function of LCD liquid crystal display.The system adopts Hall sensor to gather the car’s speed.Through the control of the microcontroller STC89C52and using the LCD1602liquid crystal to display the gathered speed，the SYN6288Chinese speech synthesis chip can transform the value of the speed into pronunciation.Finally，by using apower amplifier to amplify the pronunciation，the speaker can output the pronunciation loudly.This system is applied to the laboratory test vehicles and achieves the function of real time broadcasting for the car’s speed.The test results show that the system is stable，and the effect of the control is good.

voice broadcast；car’s speed；digital circuit；SYN6288

TP391.42

A

1002－4956（2014）1－0087－04

2013－05－26

交通运输部信息化科技项目（2012－364－835－110）

郭克友（1975—），男，黑龙江齐齐哈尔，博士，副教授，主要研究方向为安全辅助驾驶.

E－mail：guoky＠th.btbu.edu.cn

虚拟仿真技术探索与实践