雷 波，杨贤昭 ，张焱魁 ，党 景，杨国瑞



基于单片机的路考语音提示系统

雷 波，杨贤昭 ，张焱魁 ，党 景，杨国瑞

（武汉科技大学信息科学与工程学院， 武汉 430081）

驾校教练在指导学员进行相关操作时必须自己反复喊出指令，这在一定程度上加大了教练员的劳动强度；同时，由于一些教练普通话发音不标准也给学员带来了困扰。针对这种情况，本文以STC89C52RC 单片机为控制核心，设计一套语音提示系统，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按下相应的按键，系统就会播放语音指令，学员根据语音指令完成相关操作,可以大大减轻教练的工作量。

路考 单片机 语音提示 NV020S

0 引言

现在参加驾校考试的人越来越多，交管部门对驾驶员考试的要求也越来越严格，如何用现在的科技手段提高教练员的教学水平，以及提高学员考试的通过率便成了一些驾校要考虑的重要问题。训练时教练需要反复喊出指令，教练员的工作强度大，另外一些教练员发音不标准，学员听不懂教练的指令。针对这种情况，开发一套车载语音提示系统显得尤为重要。

语音提示系统主要针对科目三考试，方便教练教学的同时，也给学员练车带来了很大的方便。在学员参加科目三考试时，考官一般坐在副驾驶上，根据路上的交通情况，按下考试系统上的相应提示按钮，系统就会播放相应的语音指令，学员在听到这些指令时，做出相关操作，考试系统再记录下操作过程并判断分数。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氛围。这在很大程度上提高了学员练车的质量。而且，由于国内相关产品并不多见，且成本不高，所以具有很大商业价值。

1 系统设计方案

该系统主要由单片机控制单元、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。系统的结构如图1所示：

控制单元以单片机为核心，主要负责接收来自键盘的输入信息，并根据输入指令来判断并控制语音芯片发出声音[1]。输入单元单元主要由矩阵按键组成，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。信号放大播放单元完成语音处理模块输出的语音信号进行放大并通过扬声器播放出来，按下一个按键，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、矩阵按键电路、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]。

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。它的主要任务有两个，一是对键盘进行实时的扫描，以检测是否有按键按下，以及判断所按的是什么键。二是当检查到按键之后，和语音芯片模块进行通信，以告知语音模块需要播放那一段语音。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，此时若有键按下，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,具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6K-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1024个地址，每个地址可以组合存放多达3328个语音组合文件。NV020S系列可根据语音时长不同灵活配置外挂FLASH大小，支持1Mbit-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5 V,而NV020S语音模块的工作电压是3.3 V。本系统是应用在教练车上，车载电源是12 V。所以需要两个稳压电路将12V转换成稳定的5 V和3.3 V。

其中12 V转换成5 V选用7805，7805是三端正电源稳压电路，它的封装是T0-22，输入端接12 V电源，输出为5 V。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，12 V到5 V电压转换电路如图3所示。

5 V转3.3 V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1.2 V。在设计电路时为了减小LM1117上的压降，采用先将12 V电压转为5 V,再将5 V通过LM1117转换成3.3 V电压。其转换电路如图4所示。

1.5键盘电路

系统的键盘输入部分由16个按键构成4*4矩阵键盘，每个按键对应一段提示语音。其原理图如图5所示。

矩阵的行通过J1接到单片机的P2.0到P2.3，矩阵的列接到P2.4到P2.7。在编程序时，将4个列输出高点平，4个行输出低电平。当有按键按下时，对应的列就会被拉低。这样就确定了按键的列数，然后在逐行扫描被按下的按键在那一行，用这样的方法就能得到所按下的是哪一个按键，并确定播放那一段语音。

2系统软件设计

系统软件主要由主程序、延时子程序、按键扫描子程序、语音播放子程序等4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、移植。编译器采用KeilC51。

在系统工作时，主程序调用按键判别子程序，判断是否有按键按下。当按下一个键之后，程序进入键盘扫描程序，以读取所按下的值，然后主程序调用语音播放子程序，播放对应的指令语音。程序流程图如图6所示。

3 结论

本系统的设计来源于日常生活，为了解决生活中遇到的问题设计了基于STC89C52RC单片机的驾驶员语音提示系统。该系统主要由单片机控制单元、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按钮，系统就会发出语音指令提示，这样会大大减轻教练员的工作量,系统具有一定的实用价值。

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

[2] Mark1 Montrose. Printed circuit board design techniques for EMC compliance. IEE Press series, 2000.

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

Voice Prompt System of Road Examination Based on Single Chip Microcomputer

Lei Bo, Yang Xianzhao, Zhang Yankui, Dang Jing, Yang Guorui

(College of Information Science and Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

Driving coaches have to be repeatedly shouted in guiding students related operations, which increases the workload of the coaches to a certain extent. At the same time, because the pronunciation of some coaches is not standard, it also brings students into trouble. In view of this situation, this paper takes the STC89C52RC microcontroller as the core and designs a set of voice prompts system. The prompt voices are stored in the voice module, and the coach presses the button to play the command voice according to the road conditions, and the students complete the related operations based on command voice, it greatly reduce the workload of the coach.

road examination; single chip microcomputer; voice prompt; NV020S

TP249

A

1003-4862（2016）03-0057-03

2015-11-09

国家级大学生创新创业训练计划项目资助（201210488066）

雷波（1989-）, 男，本科。研究方向：电子信息工程。