基于RFID(射頻識別技術)和語音合成的導游講解系統(tǒng)

　　1 自助語音講解系統(tǒng)的工作原理

　　本自助語音講解系統(tǒng)由2部分構成：RFID電子標簽和手持終端。手持終端主要包括AT89S8252單片機、非接觸式IC卡讀寫及射頻模塊電路、科大訊飛XF-S4240語音合成模塊、電源電路等，其原理圖主要框圖如圖l所示。當手持終端檢測到RFID電子標簽，產(chǎn)生中斷，讀取電子標簽信息。即可識別出展品代號，調(diào)用存儲在單片機中的本展品的語音講解文本，通過語音合成模塊，由語音放大電路輸出，完成講解任務。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 非接觸式射頻讀卡器

　　由于非接觸式IC卡與讀卡設備無接觸，它是通過射頻電磁感應從讀寫設備獲取能量和交換數(shù)據(jù)，讀寫操作只需要將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和身份識別等，使用方便快捷、不易損壞，廣泛應用于存取頻繁、可靠性高的場合。

　　本系統(tǒng)采用北京完美公司的WM-01TA模塊來實現(xiàn)。該模塊配套有環(huán)行天線，工作頻率為125 kHz;具有異步串行通訊UART接口;默認串口波特率為9 600 b/s，無校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位;可讀取EM只讀感應體，讀卡距離為60～90 mm，讀卡速度大于0.5s，并且采用標準IC引腳DIP40外型，特別方便嵌入到目標線路板中。該射頻模塊共有7個引腳，引腳說明如表l所示。該器件價格低廉，完全滿足該項目設計需求。

　　當卡片進入感應區(qū)時，模塊向串口發(fā)送一次卡號。如果卡片未離開感應區(qū)，模塊則不再向串口送卡號，如果卡片離開感應區(qū)，再進入感應區(qū)，則該模塊需再送一次卡號。

　　TTL232數(shù)據(jù)傳輸主要是傳送卡號，其傳送數(shù)據(jù)格式為：AAH FFH DO D1 D2 D3 D4校驗和，共8個字節(jié)，其中AAH和FFH為命令碼：DO～D4為40位卡號，其中低地址為高字節(jié)Motorola結構：檢驗和為地址0～5位，共7字節(jié)“XOR”異或值。例如：某40位卡號為01021DF6FA(HEX)，對應發(fā)送格式為：AAH FFH 01H 02H 1DH F6H FAH 47H，其卡號為5個字節(jié)：01H 02H 1DH F6H FAH。

　　WM-01TA通過UART接口與單片機連接，如圖2所示。

　　2.2 語音模塊XF-S4240

　　XF-S4240中文語音合成模塊是中科大訊飛信息科技有限公司面向高端應用推出的嵌入式中文語音合成模塊。可支持任意的中文文本、英文字母的語音合成。該模塊通過異步串口(UART)、SPI接口及I2C總線3種方式接收待合成的文本，直接合成為語音輸出。該模塊支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE等4種內(nèi)碼格式的文本，具有智能的文本分析處理算法，并支持多種控制命令，包括：合成、停止、暫停合成、繼續(xù)合成等。XF-S4240語音模塊封裝成16端子，各端子功能如表2所示。

　　語音模塊的命令格式由幀頭、數(shù)據(jù)長度區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)3部分組成，各部分的定義如表3所示。語音模塊的命令如表4所示。

　　如要合成“歡迎您參觀莫高窟”，只需對模塊發(fā)送格式為GB2312的文本代碼：

　　其中0xFD為幀頭，0x00為數(shù)據(jù)區(qū)長度的高字節(jié)，Ox14為數(shù)據(jù)區(qū)長度的低字節(jié)(注意：長度字節(jié)為合成代碼字節(jié)長+2)，0x01為語音合成命令，0x00為GB2312的命令碼。0xBB、0xB6 為“歡”的GB2312碼，0xD3、0xAD為“迎”的GB2312碼……0xAD、0xA3為“?！钡腉B2312碼。

　　本設計中，AT89S8252與XF-S4240通過SPI通訊來實現(xiàn)，電路連接見圖2。語音信號由LM386放大輸出。由于該模塊采用3.3 V供電，需用AMSlll7將5 V轉換為3.3 V電源。

　　2.3 AT89S8252單片機

　　本系統(tǒng)設計中，射頻讀卡模塊具有UART接口，語音合成模塊具有UART和SPI接口。由于普通51單片機只有一個串口，因此存在串口的擴展問題。AT89C8252單片機是ATMEL公司的8位微處理器，具有SPI接口是AT89S8252不同于其他單片機的主要特點，它與51單片機完全兼容，但

　　在P1口(其中的P1.4～P1.7)上擴展了SPI接口?？梢院芊奖愕嘏c語音模塊通信，因此，在本系統(tǒng)選擇AT89S8252，可以大大簡化系統(tǒng)的軟硬件設計。

　　AT89S8252共有3個SPI寄存器，分別是控制寄存器SPCR、狀態(tài)寄存器SPSR和數(shù)據(jù)寄存器SPDR。

　　1)控制寄存器SPCR的內(nèi)容格式為：

　　SPIE：SPI中斷使能位。為0時，禁止SPI中斷：為1時，若EA也為1，則使能SPI中斷;

　　SPE：SPI使能位。為0時，禁止SPI通道;為1時，使能SPI中斷，此時，P1.4、P1.5、P1.6和P1.7用作*****、MOSI、MISO和SCK。

　　DORO：數(shù)據(jù)順序設置位。為O時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臀辉谇?為1時，數(shù)據(jù)傳輸高位在前。

　　MSTR：主從模式設置位。為0時，選擇從模式;為1時，選擇主模式。

　　CPOL：時鐘極性設置位。為0時，主器件時鐘SCK在不傳輸時為低電平;為1時，SCK在空閑時為高電平。

　　CPHA：時鐘相位設置位。此位和CPOL一起控制主從器件之間的時鐘和數(shù)據(jù)關系。

　　SPRl、SPR0：SPI時鐘頻率設置位。這兩位主要用于主模式器件的SCK頻率設置，對于從模式器件沒有作用。為00時，頻率為fOSC/4;為01時，頻率為fOSC/16;為10時，頻率為fOSC/64;為11時，頻率為fOSC/128。這里fOSC為晶振頻率。

　　在本設計中，初始化要求SPIE=0，SPE=l，DORD=O，MSTR=1，CPOL=CPHA=l，SPRl=0，SPR0=1，通過“SPCR=0x5d”語句就可以對SPI接口初始化。

　　2)狀態(tài)寄存器SPSR的內(nèi)容格式為：

　　SPIF：SPI中斷標志位。當一次串行傳輸完成后，此位被置1，如果SPIE和ES為1，則會產(chǎn)生中斷。讀SPI狀態(tài)寄存器SPSR將清除此位。

　　WCOL：寫沖突標志位。在數(shù)據(jù)傳輸過程中寫數(shù)據(jù)寄存器SPDR時，此位會置1。在數(shù)據(jù)傳輸中，讀SPDR寄存器值會發(fā)生錯誤，寫SPDR寄存器也無效。讀SPDR寄存器將清除此位。

　　3)數(shù)據(jù)寄存器SPDR為8位數(shù)據(jù)位，其內(nèi)容格式為：

　　因此，對SPI接口操作簡單。SPI接口寫入數(shù)據(jù)的子程序為：

　　3 系統(tǒng)軟件流程

　　軟件系統(tǒng)由主程序、讀卡子程序、語音處理程序組成。其中，主程序完成系統(tǒng)的初始化(包括UART初始化和SPI初始化)，如果有射頻卡接近天線，則讀卡模塊通過串口中斷發(fā)送TAG信息給單片機。單片機將此標簽信息與存儲的卡號信息比對，從而調(diào)用相應的語音文本信息送到XF -S4240模塊，播放相應的語音。

　　由于采用了SPI接口，單片機與語音模塊的通信也格外簡單，其相關代碼如下：

　　其流程圖如圖3～圖5所示。

　　4 結束語

　　使用AT89S8252單片機及WM-01TA讀卡模塊和XF-S4240語音模塊，配合天線模塊、電源模塊等，實現(xiàn)了自助語音講解系統(tǒng)。該系統(tǒng)在展覽館、旅游景點可以提供個性化的導游服務，有較高的實用價值。