基于AT89S52和ISD1760的水閘語音報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：為避免水閘附近漁船在水閘開閘放水時被上游的水沖走，設(shè)計(jì)出一種水閘語音報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于單片機(jī)AT89S52和語音芯片ISD17 60，在開閘前10分鐘，通過系統(tǒng)的通信模塊接收遠(yuǎn)程水閘控制中心發(fā)送的指令，判斷指令的種類，給予相應(yīng)的報(bào)警提示，同時控制水閘上方的報(bào)警指示燈閃亮，通知水閘附近的船只迅速撤離到安全水域。在巢湖市裕溪水閘實(shí)際應(yīng)用中，該系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作，有效地減少了水閘附近漁船發(fā)生危險(xiǎn)的事故數(shù)，達(dá)到了避免不必要的傷亡和損失的要求。
關(guān)鍵詞：語音報(bào)警；ISD1760；AT89S52；水閘

隨著水利管理現(xiàn)代化的提高，水閘遠(yuǎn)程自動化控制逐漸普及。由于閘室采用無人值守運(yùn)行方式，水閘開閘放水時，存在下游漁船被放水沖擊而翻船，上游船只被水流帶人到閘孔中的安全隱患。
為了避免上述危險(xiǎn)情況的發(fā)生，需要設(shè)計(jì)一個水閘開閘報(bào)警系統(tǒng)。傳統(tǒng)的語音報(bào)警系統(tǒng)通過語音合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警，但這樣的報(bào)警系統(tǒng)實(shí)時性和可靠性較差，而且系統(tǒng)也比較復(fù)雜，不適用于對實(shí)時性和可靠性要求很高的水閘報(bào)警方面?，F(xiàn)在市場上有很多報(bào)警系統(tǒng)，雖說性能較好，但其技術(shù)復(fù)雜，價格昂貴，且不易安裝和操作，而現(xiàn)在的單片機(jī)技術(shù)比較成熟，價格也比較低，所以采用單片機(jī)的語音報(bào)警系統(tǒng)能夠很好地平衡價格和性能，具有很高的實(shí)用性。因此本文提出了一種基于單片機(jī)和ISD1760的水閘語音報(bào)警系統(tǒng)，目標(biāo)就是設(shè)計(jì)一種簡單實(shí)用易于操作而且可靠性較高的以單片機(jī)為控制芯片的自動報(bào)警裝置。
本系統(tǒng)具有錄制和播放報(bào)警信息功能，在開閘前10分鐘，通過通信模塊接收遠(yuǎn)程水閘控制中心的報(bào)警命令，自動播放報(bào)警提示，同時控制水閘上方的報(bào)警指示燈閃亮，通知水閘附近的船只迅速撤離到安全水域。

1 系統(tǒng)組成
水閘語音報(bào)警系統(tǒng)利用單片機(jī)作為控制中心，由核心處理模塊、通信模塊、錄放音模塊、音頻放大模塊等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 核心處理模塊
核心處理模塊是水閘語音報(bào)警系統(tǒng)工作的核心，它不僅要對語音錄放進(jìn)行控制，還要向計(jì)算機(jī)發(fā)送開閘指令。核心處理模塊主要由單片機(jī)，鍵盤，顯示電路等組成。其中，單片機(jī)是核心處理模塊的核心部分，其主要任務(wù)是配合軟件來實(shí)現(xiàn)語音的錄放功能、控制和調(diào)度其他模塊正常工作、向水閘控制中心發(fā)送開閘指令等工作。從水閘語音報(bào)警系統(tǒng)功能需要、性價比、程序的數(shù)據(jù)量和接口電路等多方面考慮，本設(shè)計(jì)選用ATMEL公司的AT89S52單片機(jī)作為控制器的核心。
顯示電路主要包括液晶顯示和指示燈顯示。本模塊中為了體現(xiàn)系統(tǒng)友好的人機(jī)界面，便于查詢時間，輸入控制參數(shù)，本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤來進(jìn)行系統(tǒng)控制參數(shù)修改，并通過LCD1602來顯示。本設(shè)計(jì)中LCD1602主要顯示以下幾個部分：當(dāng)前距離開閘所剩時間；當(dāng)前語音芯片的工作狀態(tài)：開閘倒計(jì)時時間的設(shè)置。
為了能夠更有效地讓附近水域的漁民注意到報(bào)警信息，在水閘上方高處設(shè)置一個大的指示燈，當(dāng)開始語音報(bào)警或者人工示警時，指示燈閃亮，這樣水閘附近水域的人都能看到指示燈在閃亮，就知道此時在報(bào)警通知他們迅速離開。
2．2 語音錄放模塊
語音信號是模擬量，語音芯片存儲播放聲音的基本方式為：聲音-模擬量-A／D-存儲-D／A-模擬量-播放，采用此方式的語音芯片外圍電路比較復(fù)雜，聲音質(zhì)量也有一定的失真，不適用于對實(shí)時性和可靠性很高的水閘語音報(bào)警方面；而另一類語音芯片采用E2PROM存儲方法，將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入半導(dǎo)體存儲單元中，不需要另加A／D和D／A變換電路，使用方便且語音質(zhì)量很自然，語音芯片ISD1760就是這種芯片的典型代表。
ISD1700系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率在4～12k間調(diào)節(jié)，供電范圍可以在2.4～5.5V之間。 ISD1760系列錄放芯片可工作于獨(dú)立按鍵模式和SPI控制模式。芯片提供多項(xiàng)新功能，包括內(nèi)置專利的多信息管理系統(tǒng)，新信息提示，雙運(yùn)作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內(nèi)部包含有自動增益控制、麥克風(fēng)前置擴(kuò)大器、揚(yáng)聲器驅(qū)動線路、振蕩器與內(nèi)存等全方位整合系統(tǒng)功能。芯片內(nèi)的存儲管理系統(tǒng)可以管理多段語音，這樣在獨(dú)立按鍵模式下也能進(jìn)行多段語音錄放。錄音數(shù)據(jù)存儲在芯片的FLASH內(nèi)，沒有經(jīng)過任何壓縮，所以有較好的音質(zhì)和斷電存儲。
語音錄放電路如圖2所示，語音錄放模塊電路采用按鍵工作模式，使得錄放電路非常簡單，且功能強(qiáng)大。不僅有錄、放功能，還有語音擦除、音量控制、直通話音和復(fù)位等功能。按下REC鍵，REC管腳電平變低后開始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或芯片錄滿時結(jié)束。錄音結(jié)束后，錄音指針自動移向下一個有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語音地址，放音操作有兩種模式：邊沿觸發(fā)和電平觸發(fā)，都是由／PLAY管腳觸發(fā)，在本設(shè)計(jì)中，放音操作采用電平放音模式，通過單片機(jī)控制PLAY管腳電平持續(xù)為低，芯片內(nèi)所有語音信息播放出來，并且循環(huán)播放直到PLAY管腳電平拉高。