遥控式驾驶员科目三考试语音提示系统的设计

张焱魁　党景　杨国瑞　杨贤昭　雷波

摘 要：驾校教练在指导学员时需要反复进行提示操作，这无疑会使驾校教练的工作量加大；同时一些教练普通话发音不标准也会给学员带来困扰。针对这种情况，本文设计一套基于STC89C52RC单片机的语音提示系统，将考试所需的提示语音存储在语音模块中，教练员根据路面情况通过遥控器按下相应的按键，系统就会播放对应语音指令，学员根据语音指令完成相关操作，该语音提示系统可以大大减轻教练工作量。

关键词：驾驶员科目三考试；遥控；语音提示；NV020S

中图分类号：TP249 文献标识码：A 文章编号：2095-2163（2015）06-

Abstract： Coaches need to repeat the instructions in guiding the students， which will undoubtedly increase the workload of the driving instructor. At the same time， Mandarin pronunciation of some coaches is not standard will bring trouble to the students. In view of this situation， this paper designs a set of voice prompts system based on the STC89C52RC， the prompt pronunciation will be stored in the voice module， the coaches presses the remote control button to play the command voice according to the road conditions， the system will play the corresponding voice commands. Therefore students complete the relevant operation according to voice commands. The voice prompt system can greatly reduce the workload of the coach.

Keywords：Driver Subject Three Test； Remote-controlled； Voice Prompt； NV020S

0引 言

随着经济的发展与机动车保有量的日渐递增，考驾照的人数也随之增加。与之相适应，驾校教练员的教学任务也日趋繁重。教练在训练学员时需要反复喊出训练指令，长期下来教练员的工作量将难堪重负。同时，由于一些教练员普通话发音并不标准，也将给学员执行操作带来困扰。在此研究背景下，如何利用先进的科技手段减轻教练员的工作负荷，并增进教练员的授课实效，便成了当下需要关注考虑的重点问题。为此，本文开展了遥控式驾驶员考试语音提示器的研究，具体论述如下。

遥控式语音提示系统主要针对科目三考试，该语音提示系统在助益教练教学的同时，也给学员练车带来了切实的方便。在学员参加科目三训练时，教练一般坐在副驾驶上，根据路上的交通情况，按下考试系统上的有关提示按钮，系统就会播放相应的语音指令，学员在听到这些指令时，执行规定动作，考试系统将记录下操作过程并给出判断分数。语音提示系统和考试系统相类似，这样学员在平时练习时就能感受到和考场一样的演练氛围，有利于提高学员的练车质量。而且，由于国内相关产品并不多见，且成本不高，所以必将具有显著可期的应用价值及回报收益。

1系统设计方案

该系统主要由单片机控制单元、遥控器输入单元、语音存储单元、信号放大播放单元四个主要单元组成[1]。系统的结构如图1所示。

由图1可知，控制单元以单片机为核心，主要负责接收来自遥控器的输入信号，并根据输入信号来判斷并控制语音芯片发出声音。输入单元主要由遥控器按键组成，接收用户发出的指令。语音存储处理单元由语音存储播放芯片构成，用来处理汉字或者语音的录入及汉字到语音的转换功能。语音可以由电脑录制或者直接由上位机软件将文本文档转换成语音文件，再下载到语音芯片的FLASH中。信号放大播放单元则用于放大语音处理模块输出的语音信号并通过扬声器播放出来，按下一个按键（可以使用组合按键），系统播放一段语音，而且语音提示器的音质好，功能强，使用起来也很简单[2]。

1.1系统整体硬件电路设计

系统整体电路图包括系统供电电路、红外遥控电路、单片机最小系统以及语音模块电路，其整体硬件电路如图2所示[3-4]。

1.2系统主控部分

系统的核心即主要控制单元由一块STC89C52RC单片机组成。对应主要任务如下：一是对遥控器信号进行实时的扫描，以检测是否有信号输入，并且判断输入的是什么信号；二是当检查到信号之后，和语音芯片模块进行通信，以告知语音模块需要播放哪一段语音。当系统正在播放一段语音时，语音模块会返回一个BUSY信号给单片机，此时遥控器若有新键按下，单片机将发出信号给语音芯片，停止正在播放的语音，播放最新按键对应的一段语音。

1.3语音处理模块

语音处理模块NV020S是一款具有高速DSP 内核的语音芯片，集结有高音质的语音播放、多功能多领域的应用范围、灵活的语音容量扩充方式。其控制方式有按键触发方式（包含10种按键触发模组），单线串口触发、双线串口触发、三线串口触发、并口触发等。可以播放6～32K采样率的声音，16位的DAC 输出、内置噪声滤除器可以让声音得到完美的展现，音质不亚于MP3音质。语音控制地址多达1 024个地址，每个地址可以组合存放多达3 328个语音组合文件。NV020S系列可根据语音时长不同而灵活配置外挂FLASH大小，支持1～128Mbit的SPI存储器，语音时长可以达到一小时以上。NV020S具有与之配套的PC端软件以及下载器，可以轻松下载更换语音及功能。

1.4系统供电电路

STC89C52RC单片机的工作电压为5V，而NV020S语音模块的工作电压是3.3V。本系统是应用在教练车上，车载电源是12V。所以需要两个稳压电路将12V转换成稳定的5V和3.3V。

其中12V转换成5V选用7805，7805是三端正电源稳压电路，外部封装是T0-22，输入端接12V电源，输出为5V。将7805接入电路时，需要在输入端和输出端各接一个电容，这样输出电压会更加稳定。12V到5V电压转换电路如图3所示。

5V转3.3V的电路选用LM1117芯片。LM1117是一款正电压输出型的三端线性稳压电路，在1A输出电流下压降为1.2V。在设计电路时为了减小LM1117上的压降，采用先将12V电压转为5V，再将5V通过LM1117转换成3.3V电压的实施策略。其转换电路如图4所示。

1.5红外遥控电路

通用红外遥控系统有发射和接收两部分组成。应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图5所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光/电转换放大器、解调、解码电路。其系统组成如图5所示。

本系统使用兼容NEC的UPD6121G芯片发射码格式的芯片组成发射电路。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。上述“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的，然后再通过红外发射二极管产生红外线向空间发射。接收部分采用一体化红外接收器，这种接收器集红外线接收和放大于一体，不需要任何外接元件，就能完成从红外线接收到输出与TTL电平信号兼容的所有工作，解码部分通过单片机实现。

2系统软件设计

系统软件主要由主程序、延时子程序、遥控器信号接收子程序、语音播放子程序等四大模块组成。STC89C52RC单片机可以采用C语言编写程序，因为C语言相较于汇编语言编写程序简单，修改方便，易于实现模块化，生成的机器代码质量高、可读性强、而且利于移植。

在系统工作时，主程序等待外部中断信号，有外部中断信号即代表有信号输入。当按下遥控器一个键之后，程序进入外部中断程序以实现解码并读取所按下的值，然后利用定时器延时一段时间等待第二个按键按下，如无第二个按键按下，则直接调用语音播放子程序，播放对应的语音。如果在延时期间有键按下，则将两次按键的值累加起来然后进入语音播放程序播放相应的语音。程序流程图如图6所示。

3结束语

为了减轻驾校教练员的工作量，本系统设计了基于STC89C52RC单片机的遥控式驾驶员科目三考试语音提示系统。该系统主要由单片机控制单元、遥控输入单元、语音存储处理单元、信号放大播放单元四个主要单元组成。在驾驶员学习过程中，教练只需要根据路况按下相应的遥控器按键，系统就会发出语音指令提示，为此即无需频繁重复喊口令，降低了教练的工作强度，系统具有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 李群芳，肖看.單片微型计算机及接口技术[M].第四版. 北京：电子工业出版社，2012.

[2] 吴镇扬.数字信号处理的原理与实现[M].南京：东南大学出版社，1997.

[3] Mark1.Montrose.PRINTED Circuit Board Design Techniques for EMC compliance[M]. Wiley ：Wiley-IEEE Press.2000.

[4] 郑雪娇，焦键. 基于TMS320C5509DSP的语音处理系统平台硬件设计[J]. 安徽电子信息职业技术学院学报，2014（5），22-25.