基于SYN6288的超聲波語音測距拐杖的設計

作者：時間：2016-10-18 來源：網(wǎng)絡

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

我國聽力語言殘疾居視力殘疾、肢殘、智殘等五大殘疾之首，為2 057萬人，占中國人口總數(shù)的1.67%。在發(fā)達國家，大多數(shù)盲人都有配備導盲犬，然而在中國，導盲犬數(shù)量嚴重不足，如何改善盲人的出行條件是一件很重要的工作。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/201610/308803.htm

為了方便盲人的安全出行，世界各國一直進行著導盲系統(tǒng)的研制。利用超聲波檢測距離，設計比較方便，計算處理也較簡單，其測量精度也能達到使用要求。目前國內(nèi)生產(chǎn)的帶語音功能的超聲波導盲拐杖存在類似的問題：一方面是語音芯片使用前需預先錄制，使用不便。另一方面，因為錄制者的不同而產(chǎn)生語音音質(zhì)的差別容易導致誤聽，需要有統(tǒng)一的語音音質(zhì)。本文采用STC89C52R單片機，結合超聲波測距技術設計導盲杖，并通過語音合成芯片SYN6288實現(xiàn)文本到語音的直接轉(zhuǎn)換，無需預先錄制，通過外置揚聲器提醒盲人前方道路情況，實現(xiàn)語音導盲功能。

1 工作原理

1.1 超聲波測距原理

超聲波作為一種新型的、非常有用的工具在各方面都有很大的發(fā)展空間，其原理是發(fā)射器發(fā)出的超聲波在空氣中以速度v傳播，在接觸到被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t，由s=wt/2即可算出被測物體的距離。

1.2 TTS語音合成原理

TTS(Text To Speech)文本轉(zhuǎn)換語音技術是人機智能對話發(fā)展的趨勢，利用此技術，通過MCU或者PC機控制語音芯片發(fā)音，能夠?qū)崿F(xiàn)多種場合下的文字即時播報功能。

TTS轉(zhuǎn)換過程是先將文字序列轉(zhuǎn)換成音韻序列，再由系統(tǒng)根據(jù)音韻序列生成語音波形。這個過程涉及語言學處理和韻律處理，目前實現(xiàn)這個過程較好的途徑是，把基于規(guī)則的波形拼接技術和參數(shù)語音合成方法結合起來。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

硬件電路主要由數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)據(jù)處理電路、語音合成輸出電路以及系統(tǒng)電源四部分組成，其硬件結構如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集電路主要由高性能KS103超聲波測距模塊組成。KS103含溫度補償功能，測量精度高，使用溫度修正的測距命令，近距離內(nèi)最高精度達1mm;測量盲區(qū)最小至1 cm，最大量程可達8 m，基本無盲區(qū);使用ⅡC接口與主機通信，自動響應主機的ⅡC控制指令;省電模式：具有自動休眠功能，模塊5 s內(nèi)未收到主機指令自動進入休眠狀態(tài)，隨時被主機ⅡC控制指令喚醒。

數(shù)據(jù)處理電路由單片機最小系統(tǒng)構成，MCU采用51系列單片機STC89C52RC。該芯片采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，8 kB的Flash，512 B的RAM，4個8b的I/O端口：P0、P1、P2、P3，一個全雙功串行通信口等組成。該最小系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能。

語音合成傳輸電路主要由SYN6288模塊和揚聲器組成。其中SYN6288負責實現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換(TTS)，揚聲器負責發(fā)出聲音提示。SYN6288是北京宇音天下科技有限公司于2010年初推出的采用PSOLA拼接合成技術的一款語音合成芯片。SYN6288通過異步串口(UART)通信方式，接收待合成的文本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)文本到語音(或TTS語音)的轉(zhuǎn)換，可直接通過PWM輸出方式驅(qū)動揚聲器或外接功率放大電路驅(qū)動揚聲器，進行語音輸出，并可以通過讀取BUSY管腳的電平獲取芯片當前的狀態(tài)。該芯片支持GB2312等格式的文本，支持標點符號、漢字、數(shù)字、英文字母及特殊字符處理，可正確識別數(shù)值、號碼、時間日期及常用的度量衡符號，具備很強的多音字處理和中文姓氏處理能力。SYN6288模塊引腳示意圖如圖2所示。

系統(tǒng)電源采用的是5 V可充電鋰電池，可以多次反復使用，節(jié)能環(huán)保。基于SYN6288的超聲波測距拐杖系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。

2.2 軟件設計

單片機首先初始化有關的參數(shù)和相應的模塊以及傳感器，包括單片機串口的設置、超聲波模塊和SYN6288語音合成模塊。接著單片機通過IIC總線讀?。?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/KS103">KS103超聲波模塊的值獲得前方障礙物的信息，然后單片機通過讀取SYN6288的BUSY管腳判斷SYN6288是否正在轉(zhuǎn)換語音，如果是的話則等待，如果不是的話則將前方障礙物信息轉(zhuǎn)換成語音信息，并通過揚聲器發(fā)聲，進行語音提示。具體程序流程圖如圖4所示。