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基于WT2003H语音芯片在GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

日期: 2022-05-18
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  一.方案概述  

  随着城市化进程的加快,公共交通作为城市的基础设施之一,仍然是绝大多数出行者的首选交通方式。为使得人们特别是为外来旅游、出差、就医、求职等急需了解本地的公交路线的人提供高效、方便、快捷的公交系统,让他们得到自己所需要的各种相关信息,以便减少各种可能产生不必要的交通流量,提高公交的运作效率。在计算机还未普及之前公交车报站管理都是由工作人员人工报站的方式来操作的。以前的公交车报站系统为司机手动报站,经常出现错报或不报的现象,使得一些非本地或不熟悉路的乘客容易迷路,而且手动报站还会影响司机的安全驾驶。随着社会的进步和计算机科学的迅速发展GPS的大力普及,成本的大幅下降,利用GPS定位精度高(《10米),临近到站或出站时就语音播报到站站名及下一站站名。司机还可手动播放些安全或文明城市方面的宣传语音。  

  因此公交车自动语音报站系统也应运而生。自动化语音播报不仅带给公交企业形象的提升,而且增加上座率,提高企业的经济效率和城市文明程度。

  

  二.硬件方案  

  2.1方案组成

  本系统由stc51主控芯片,多功能按键语音芯片WT2003H,LED数码显示屏,GPS模块,矩阵键盘组成。

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案  

  2.2方案比较  

  传统的方案是由录放一体芯片ISD1400,打破了AD/DA的录放语音模式,采用直接存贮模拟语音的方式,它使用简单,只需录,放两键就可实现语音的采集和播放。但它难以批量化烧录生产(需录音才有播放的音源);每个产品音质效果有差异很难做到标准统一化;没有远程音源升级更换功能(更换音源需重新录音);它的语音段地址是粗略估算的,精确的话要借助专业设备;不同语音长度容量就要选择不同的型号产品。

  

  WT2003优势:

  A.功能多:由于采用文件的方式录音和播放,便于烧录,传输,播放灵活(连播,组合播放,变速变音),音质统一,相比较于ISD1400,WT2003系列的芯片好处及功能数不服数。  

  B.开发容易,上手快:同款芯片,可提供一线,二线,串口等不同接口,便于对接客户的MCU,从一两毛的(类PIC单片机,如EM78P153,飞凌53),到一两块,十几块的51/ARM都可对接,实现控制语音的播放。  

  C.成本低:集成了按键,显示,语音,串口通信,可省掉多颗单功能芯片;烧录更换语音简单,降低烧录成本和人工时间。  

  D.扩展性好:芯片IO口多,硬件资源丰富(串口,SPI,I2C,定时器,AD/DA等都具有),主频高达120M,客户可不改原电路板或库存的情况下,可升级增加新的功能,

  

  2.3芯片WT2003H介绍 

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案  

  (仅列出SSOP24封装芯片,其它芯片可上公司官网或向客服索取相关芯片资料)  

  WT2003H是一款功能强大的高品质语音芯片,采用了高性能32位处理器、最高频率可达120MHz。具有低成本、低功耗、高可靠性、通用性强等特点,可内置350秒\900秒语音容量。现有WT2003HX-16S、WT2003HX-24SS、WT2003HP8-32N(体积小4*4MM) 三种封装的芯片。控制方式灵活:支持UART控制模式;支持一线串口和两线串口控制模式;支持按键控制模式(按键控制模式需要微定制)。

  

   UART控制模式:标准UART通信接口,默认波特率9600;支持SPI-Flash作为存储器。带有文件索引播放、插播、单曲循环、所有曲目循环、随机播放等功能。32级音量可调、最大可以支持外挂128Mbit的Flash;  

   一线串口控制模式:可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小;8级音量可调、支持 SPI-Flash做为存储器:最大可以支持外挂 128Mbit 的 Flash;  

   两线串口控制模式:可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小;8级音量可调、支持 SPI-Flash做为存储器:最大可以支持外挂 128Mbit 的 Flash;  

   按键控制模式:触发方式灵活,可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式,最多可用10个按键触发控制输出;  

   上电默认不播放;具备BUSY状态指示、BUSY平时为低电平,播放时为高电平;  

   支持切换音频输出方式,样品默认SPK输出 ,如需DAC输出,请参考音频输出切换指令;  

   支持语音高品质音频格式,支持MP3和WAV格式,(音频码率支持8kbps~320kbps)声音优美;  

   工作电压:2.0-5.2V;  

   内置0.5W D类功放;  

   两个16位异步分频器定时器;  

   数字音频流,IIS支持主机和从机模式;  

   一个红外遥控解码器;  

   16 bit高精度ADC和DAC;  

   大功率IO驱动能力,最高可直接驱动64mA;  

   单芯片使用(使用内置容量)时内置语音需出厂前写入。  

   支持UART更新程序以及语音

   

  三.方案设计描述  

  3.1 GPS报站原理  

  系统启动后,模块接收GPS信息,然后解析出GPS信息,根据解析出来的经纬度信息与数据区中存储的站点信息比较,计算出实际距离。如果距离到达阀值时,启动GPS报站语音播报。该GPS模块接收模块遵循NMEA.0183协议,可以输出多种格式的数据帧,均以MYM开头。输出数据采用的是ASCII码字符,内容包含了纬度、经度、速度、日期、航向及卫星状况等信息。 

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

   

  假设第一点A的经 纬度为(LonA, LatA),第二点B的经纬度为(LonB, LatB),按照0度经线的基准,东经取经度的正值(Longitude),西经取经度负值(-Longitude),北纬取90-纬度值(90- Latitude),南纬取90+纬度值(90+Latitude),则经过上述处理过后的两点被计为(MLonA, MLatA)和(MLonB, MLatB)根据三角推导,可以得到(北半球)计算两点距离的如下公式:  

  C = sin(LatA)*sin(LatB) + cos(LatA)*cos(LatB)*cos(MLonA-MLonB)  

  Distance = R*Arccos(C)*Pi/180  

  从两个gps坐标点(经纬度)获得两点的直线距离,单位是米 

   int CalcDistance(float fLati1, float fLong1, float fLati2, float fLong2)  

  转为函数为int Distance=CalcDistance(float latS, float lonS, float latAn, float lonAn),  


  说明:  

  (1)上述(latS,lonS公交车行驶时的实时经纬度,  

  (2)(latA1,lonA1).........(latAn,lonAn)为公交站1到公交站N的经纬度,是个固定值,唯一值(这地理值非常重要,如果被敌国获取,导弹输入此参数就很危险了)。  

  A.可设距离递减段:Distance<50米启动到位提示;<5米启动上下车开门提示;  

  B.可设距离递增段:Distance>50米启动下一站提示;  

  C.启点站出发设定是上行还是下行。  

  D.键盘可自定义各种功能键或单独播放广告和安全文明宣传语,如“请文明乘车,注意清洁卫生”,“车启动,请抓紧扶手,以防摔倒”,,,

  

  3.2 报站器的功能设计  

  (1)本设计播报主要有两种方式,其一是当到达播报站点时,司机按下对应按键进行播报;另一种是全自动语音播报方式,到达播报站点时,设计会自动进行播报。  

  (2)自带时钟显示,并且设有GPS自动校时;每次上电后接收到有效的GPS数据,会自动校时一次当前时间数据。  

  (3)可通过按键调整语音播报音量的大小。  

  (4)针对自动播报时的经纬度数据,有三种修改方式,一种是程序固化,不可修改,一种是自定义经纬度数据,用户可拿着设备站在想要播报的位置,选择好对应菜单,在GPS数据稳定时按下对应按键来录入该站序号的经纬度数据,另一种是公交站的经纬坐标以文件的形式下载到芯片,可随时更换公交路线所对应经纬度文件。

  

  四.部分设计电路图  

  3.1功放电路

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

  

  3.2 WT2003H接口电路

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案   

  3.3 GPS模块  

  选用六线GPS模块

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

  

  3.4数码管显示

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案   

  3.5按键电路

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

  

  四.串口控制协议  

  4.1协议命令格式  

  标准UART异步串口接口,属于3.3V TTL电平接口。通讯数据格式是:起始位:1位;数据位:8位;奇偶位:无;停止位:1位。标准UART通信接口,默认波特率9600;使用电脑串口调试助手,需要正确设置串口的参数,设置如图:  

  

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

  注意:“长度”是指长度+命令码+参数+校验和的长度,“累加和校验”是指长度+命令码+参数的累加和的低字节。  

  注意:所有的Flash语音播放都是指外部FLash的语音播放操作。主要可以先实现FLash索引播放,组合播放,插播等指令;

  

  4.2 通信控制指令

基于WT2003H语音芯片再GPS公交车自动报站系统的应用设计方案

  

  五、公司简介  

  深圳唯创知音电子有限公司,位于广东省深圳市宝安区,1999年成立于广州。历经20多年的发展,公司已成为集研发、生产、销售和服务于一体的,专注于语音技术研究、语音产品方案设计及控制等软、硬件设计的国家高新技术企业。在北京、广州、武汉、上海等地拥有多家子公司,构筑了面向全国的经营和服务网络,涵盖家电、医疗器械、安防报警、汽车电子、多媒体、通信、电话录音、工业自动化控制、玩具及互动消费类产品等领域,公司的集成芯片和模块主要有:播放类、录音类、MP3类、蓝牙WiFi类、语音识别类、功放类、显示驱动类。唯创知音已经形成标准的品质保障流程和高效的服务体系。芯片资料可向公司官网或客服索取相关资料,如果有订制需求,也可向客服咨询,可提供更多的技术服务。公司成品线主要产品涵盖有工地安全、电梯安全(语音广告)、森林防火安全提示、垃圾分类提示、娱乐、店铺迎宾等业务领域,涉及政府、工业、文教、交通、能源和企业等行业应用。


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