基于RFID和语音合成技术的音频导航终端设计

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  引 言

在中国的一些大型博物馆和风景名胜区,采用了一些语音导游为游客提供各种解释和指南,极大地方便了游客了解博物馆和景点的历史和文化。然而,传统的音频导航器具有单一功能,大功耗,高成本和复杂的数据更新。访问者需要手动输入代码才能获得相应的播放信息,这限制了音频导航器的进一步推广。该设计结合了RFID射频识别技术和TTS语音合成技术,提出了一种能够自动识别解释对象的音频指南,并结合USB存储技术实现各种导航信息的及时更新。

  1 RFID技术、TTS技术及终端功能分析

RFID(射频识别),通常称为电子标签,是一种非接触式自动识别技术。它通过RF信号自动识别目标对象并获取相关数据。识别工作可以在各种恶劣环境中进行,无需人工干预。 RFID技术可以识别高速移动物体并同时识别多个标签,操作快捷方便。最基本的RFID系统由三部分组成:标签,由耦合元件和芯片组成,每个标签具有附着在物体上的唯一电子代码以识别目标物体;读者,阅读(有时仍然是可以写的设备)标签信息,可以设计为手持式或固定式;在标签和阅读器之间传输RF信号的天线(天线)。

TTS(Text To Speech)技术解决了如何将文本信息转换为声音信息的问题,从而成为一种倾听者,使人们获取信息的方式更加丰富和自然。语音合成技术是人机语音通信的关键技术之一。它涉及各种学科知识,如声学,语言学,数字信号处理和计算机科学。它是中国信息处理领域的尖端技术。

作为便携式终端,音频导航终端必须满足整个设计的低功率要求,以确保其具有足够的能量以可靠地工作。同时,通过对目前市场上使用的音频指南的分析,本设计中实现的音频导航终端主要实现以下基本功能:目标对象的自动识别;主动播放导航信息;更新USB信息;展示旅游路线;信息查询。

  2 语音导览终端硬件原理设计

音频导航终端的基本原理框图如图1所示.RFID读头电路将获得的标签信息发送给微控制器。微控制器根据标签信息从数据存储器中读取相应的文本信息,并通过串口发送给TTS语音合成电路。 TTS语音合成电路将文本信息转换为语音信息,然后由音频放大电路放大并发送到内置扬声器或外部耳机。同时,LCD显示器根据标签信息显示当前的巡回路线。此外,可以通过人机界面查询一些服务信息。

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2.1 EM4095 RFID读头电路

EM4095是一个RFID基站读写芯片。载波频率为100~150 kHz,可以在EM400X,EM4050和EM4150等标签上运行。使用图2所示的工作电路时,其工作频率由以下关系决定:

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在实际应用中,上述等式中的电容选择陶瓷电容,并根据实际测试条件调整电感L1的值,以确保工作频率为125 kHz。

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2.2 XF-S3011语音合成和音频放大电路

XF-S30ll芯片是中科大讯信息技术有限公司开发的中文语音合成芯片,它将完整的语音合成系统集成到一个处理器中,通过串口接收和合成任意文本。串口波特率为9600 bps,语音芯片(Busy/Ready)的当前工作状态由RAD端口指示。由于XF-S3011芯片的音频信号输出相对较小,为了使音频信号具有足够的功率来驱动扬声器,LM4871电路需要功率放大,并且可以通过电阻R调节放大增益图3和图4是XF-S3011芯片和LM4871芯片的外围电路的示意图。

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2.3微控制器和接口电路

微控制器采用LPC2146,具有32 KB + 8 KB和256 KB嵌入式高速闪存,内置USB 2.0全速器件,UART,SPI,SSP,I2C串行通信接口,采用超小型LQFP64封装,低能量消耗。为了连接LCD 160×128,大容量数据存储器(SST39VF080)和键盘,该设计使用74L574和74L245来扩展I/O端口。

除ISP编程外,LPC2146的串口1还可以设置系统运行参数。同时,在程序调试过程中,还可以设置一些状态点,以方便调试和测试代码。主机管理软件通过USB端口与LPC2146通信,LPC2146以一定的格式将主机发送的导航信息保存到大容量程序存储器中,以便及时更新数据。

2.4电源管理模块

对于音频导航终端,内部需要多个电源。因此,如何正确设计电源管理模块对终端的稳定运行和功耗控制具有非常重要的影响。该设计使用MAXl677电源管理芯片将锂电池提供的电源转换为两个通道,一个用于EL背光驱动器,另一个用于LPC2146和其他外围芯片的3.3 V电压,以及3.3 V电压用于SPX5205/1.8 V芯片转换。 1.8V电压提供给LPC2146内核。

  3 应用软件设计

为了减少系统资源开销,并考虑到终端功能要求,软件设计使用了Keil C51附带的ARTX操作系统。操作系统应用简单,占用资源少,适用于实时性要求较低的应用。终端软件程序框架如图5所示,主要包括主控程序,ARTX内核程序,用户任务,低级驱动程序,配置和设置。软件操作的基本过程是:

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1上电复位后,主控程序运行,主控程序完成变量的初始化,RAM的分配,任务块的初始化,ARTX的初始化,然后进入while循环;

2在whiIe循环中,启动任务调度和切换,任务查询节拍为10 ms,完成任务后,查询任务表中优先级最高的任务开始执行;

3外部中断将启动相应的中断处理程序,这将导致某些任务准备就绪,并且就绪任务将根据优先级排队等待执行。

  结 语

RFID技术在音频导航终端中的应用解决了手动输入识别信息的麻烦,实现了识别对象的自动信息采集,大大简化了日常操作流程,方便游客使用;同时,它为游客提供了屏幕显示。准确的旅游地点。语音合成技术摆脱了传统的录音存储模式,一方面降低了对终端存储容量的要求,另一方面实现了导航信息的快速更新。

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