基于WT2003H語音芯片在GPS公交車自動報站系統(tǒng)的應用設計方案

一．方案概述

隨著城市化進程的加快,公共交通作為城市的基礎設施之一,仍然是絕大多數出行者的首選交通方式。為使得人們特別是為外來旅游、出差、就醫(yī)、求職等急需了解本地的公交路線的人提供高效、方便、快捷的公交系統(tǒng),讓他們得到自己所需要的各種相關信息,以便減少各種可能產生不必要的交通流量,提高公交的運作效率。

在計算機還未普及之前公交車報站管理都是由工作人員人工報站的方式來操作的。以前的公交車報站系統(tǒng)為司機手動報站，經常出現錯報或不報的現象，使得一些非本地或不熟悉路線的乘客容易迷路，而且手動報站還會影響司機的安全駕駛。隨著社會的進步和計算機科學的迅速發(fā)展GPS的大力普及，成本的大幅下降，利用GPS定位精度高（《10米），臨近到站或出站時就語音播報到站站名及下一站站名。司機還可手動播放些安全或文明城市方面的宣傳語音。

因此公交車自動語音報站系統(tǒng)也應運而生。自動化語音播報不僅帶給公交企業(yè)形象的提升，而且增加上座率，提高企業(yè)的經濟效率和城市文明程度。

二．硬件方案

2.1方案組成

本系統(tǒng)由stc51主控芯片，多功能按鍵語音芯片WT2003H，LED數碼顯示屏，GPS模塊,矩陣鍵盤組成。

2.2方案比較

而傳統(tǒng)的方案是由錄放一體芯片ISD1400，打破了AD/DA的錄放語音模式，采用直接存貯模擬語音的方式，它使用簡單，只需錄，放兩鍵就可實現語音的采集和播放。但它難以批量化燒錄生產（需錄音才有播放的音源）；每個產品音質效果有差異很難做到標準統(tǒng)一化；沒有遠程音源升級更換功能（更換音源需重新錄音）；它的語音段地址是粗略估算的，精確的話要借助專業(yè)設備；不同語音長度容量就要選擇不同的型號產品。

WT2003的優(yōu)勢：

A. 功能多：由于采用文件的方式錄音和播放，便于燒錄，傳輸，播放靈活（連播，組合播放，變速變音）,音質統(tǒng)一，相比較于ISD1400,WT2003系列的芯片好處及功能數不服數。

B. 開發(fā)容易，上手快：同款芯片，可提供一線，二線，串口等不同接口，便于對接客戶的MCU，從一兩毛的（類PIC單片機，如EM78P153，飛凌53），到一兩塊，十幾塊的51/ARM都可對接，實現控制語音的播放。

C. 成本低：集成了按鍵，顯示，語音，串口通信，可省掉多顆單功能芯片；燒錄更換語音簡單，降低燒錄成本和人工時間。

D. 擴展性好：芯片IO口多，硬件資源豐富（串口，SPI,I2C,定時器，AD/DA等都具有），主頻高達120M，客戶可不改原電路板或庫存的情況下，可升級增加新的功能，

2.3芯片WT2003H介紹

(僅列出SSOP24封裝芯片，其它芯片可上公司官網或向客服索取相關芯片資料)

WT2003H是一款功能強大的高品質語音芯片，采用了高性能32位處理器、最高頻率可達120MHz。具有低成本、低功耗、高可靠性、通用性強等特點，可內置350秒\900秒語音容量。現有 WT2003HX-16S、WT2003HX-24SS、WT2003HP8-32N（體積小4*4MM） 三種封裝的芯片。控制方式靈活：支持UART控制模式；支持一線串口和兩線串口控制模式；支持按鍵控制模式(按鍵控制模式需要微定制)。

WT2003H功能特點

（1）UART控制模式：標準UART通信接口，默認波特率9600；支持 SPI-Flash作為存儲器。帶有文件索引播放、插播、 單曲循環(huán)、所有曲目循環(huán)、隨機播放等功能。32 級音量可調、最大可以支持外掛 128Mbit 的 Flash；

（2）一線串口控制模式：可通過發(fā)碼端控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小；8級音量可調、支持 SPI-Flash做為存儲器：最大可以支持外掛 128Mbit 的 Flash；

（3）兩線串口控制模式：可通過發(fā)碼端控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小；8級音量可調、支持 SPI-Flash做為存儲器：最大可以支持外掛 128Mbit 的 Flash；

（4）按鍵控制模式：觸發(fā)方式靈活，可隨意設置任意按鍵為脈沖可重復觸發(fā)、脈沖不可重復觸發(fā)、無效按鍵、電平保持不可循環(huán)、電平保持可循環(huán)、電平非保持可循環(huán)、上一曲不循環(huán)、下一曲不循環(huán)、上一曲可循環(huán)、下一曲可循環(huán)、音量+、音量-、播放/暫停、停止、播放/停止等15種觸發(fā)方式，最多可用10個按鍵觸發(fā)控制輸出；

（5）上電默認不播放；具備BUSY狀態(tài)指示、BUSY平時為低電平，播放時為高電平；

（6）支持切換音頻輸出方式，樣品默認SPK輸出 ，如需DAC輸出，請參考音頻輸出切換指令；

（7）支持語音高品質音頻格式，支持MP3和WAV格式，（音頻碼率支持8kbps~320kbps）聲音優(yōu)美；

（8）工作電壓：2.0-5.2V；

（9）內置0.5W D類功放；

（10）兩個16位異步分頻器定時器；

（11）數字音頻流,IIS支持主機和從機模式；

（12）一個紅外遙控解碼器；

（13）16 bit高精度ADC和DAC；

（14）大功率IO驅動能力，最高可直接驅動64mA；

（15）單芯片使用（使用內置容量）時內置語音需出廠前寫入。

（16）支持UART更新程序以及語音

2.4 公司簡介

深圳唯創(chuàng)知音電子有限公司，位于廣東省深圳市寶安區(qū)，1999年成立于廣州。歷經20多年的發(fā)展，公司已成為集研發(fā)、生產、銷售和服務于一體的公司，專注于語音技術研究、語音產品方案設計及控制等軟、硬件設計的國家高新技術企業(yè)。

在北京、廣州、武漢、上海等地擁有多家子公司，構筑了面向全國的經營和服務網絡，涵蓋家電、醫(yī)療器械、安防報警、汽車電子、多媒體、通信、電話錄音、工業(yè)自動化控制、玩具及互動消費類產品等領域，公司的集成芯片和模塊主要有：播放類、錄音類、MP3類、藍牙WiFi類、語音識別類。

唯創(chuàng)知音已經形成標準的品質保障流程和高效的服務體系。芯片資料可向公司官網或客服索取相關資料，如果有訂制需求，也可向客服咨詢，可提供更多的技術服務。公司成品線主要產品涵蓋有工地安全、電梯安全（語音廣告）、森林防火安全提示、垃圾分類提示、娛樂、店鋪迎賓等業(yè)務領域，涉及政府、工業(yè)、文教、交通、能源和企業(yè)等行業(yè)應用。

三.方案設計描述

3.1 GPS報站原理

系統(tǒng)啟動后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據解析出來的經緯度信息與數據區(qū)中存儲的站點信息比較，計算出實際距離。如果距離到達閥值時，啟動GPS報站語音播報。

該GPS模塊接收模塊遵循NMEA.0183協(xié)議，可以輸出多種格式的數據幀，均以MYM開頭。輸出數據采用的是ASCII碼字符，內容包含了緯度、經度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。

假設第一點A的經 緯度為(LonA, LatA)，第二點B的經緯度為(LonB, LatB)，按照0度經線的基準，東經取經度的正值(Longitude)，西經取經度負值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90- Latitude)，南緯取90+緯度值(90+Latitude)，則經過上述處理過后的兩點被計為(MLonA, MLatA)和(MLonB, MLatB)根據三角推導，可以得到（北半球）計算兩點距離的如下公式：

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

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

從兩個gps坐標點（經緯度）獲得兩點的直線距離，單位是米
int CalcDistance(float fLati1, float fLong1, float fLati2, float fLong2)

轉為函數為int Distance=CalcDistance(float latS, float lonS, float latAn, float lonAn),

說明：

（1）.上述（latS,lonS公交車行駛時的實時經緯度，

（2）.(latA1,lonA1).........(latAn,lonAn)為公交站1到公交站N的經緯度，是個固定值，唯一值（這地理值非常重要，如果被敵國獲取，導彈輸入此參數就很危險了）。

A. 可設距離遞減段：Distance<50米啟動到位提示；<5米啟動上下車開門提示；

B. 可設距離遞增段：Distance>50米啟動下一站提示；

C. 啟點站出發(fā)設定是上行還是下行。

D. 鍵盤可自定義各種功能鍵或單獨播放廣告和安全文明宣傳語，如“請文明乘車，注意清潔衛(wèi)生”，“車啟動，請抓緊扶手，以防摔倒”，，，

3.2 報站器的功能設計

（1）本設計播報主要有兩種方式，其一是當到達播報站點時，司機按下對應按鍵進行播報；另一種是全自動語音播報方式，到達播報站點時，設計會自動進行播報。

（2）自帶時鐘顯示，并且設有GPS自動校時；每次上電后接收到有效的GPS數據，會自動校時一次當前時間數據。

（3）可通過按鍵調整語音播報音量的大小。

（4）針對自動播報時的經緯度數據，有三種修改方式，一種是程序固化，不可修改，一種是自定義經緯度數據，用戶可拿著設備站在想要播報的位置，選擇好對應菜單，在GPS數據穩(wěn)定時按下對應按鍵來錄入該站序號的經緯度數據,另一種是公交站的經緯坐標以文件的形式下載到芯片，可隨時更換公交路線所對應經緯度文件。

四．部分設計電路圖

3.1功放電路

3.2 WT2003H接口電路

3.3 GPS模塊

選用六線GPS模塊

3.4數碼管顯示

3.5按鍵電路

四．串口控制協(xié)議

4.1協(xié)議命令格式

標準UART異步串口接口，屬于3.3V TTL電平接口。通訊數據格式是：起始位：1位；數據位：8位；奇偶位：無；停止位：1位。標準UART通信接口，默認波特率9600

使用電腦串口調試助手，需要正確設置串口的參數，設置如圖：

注意：“長度”是指長度+命令碼+參數+校驗和的長度，“累加和校驗”是指長度+命令碼+參數的累加和的低字節(jié)。

注意：所有的Flash語音播放都是指外部FLash的語音播放操作。主要可以先實現FLash索引播放，組合播放，插播等指令；

4.2 通信控制指令

4.2通信查詢命令

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