基于WT2003H語(yǔ)音芯片在GPS公交車自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

一．方案概述

隨著城市化進(jìn)程的加快,公共交通作為城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一,仍然是絕大多數(shù)出行者的首選交通方式。為使得人們特別是為外來(lái)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(guān)信息,以便減少各種可能產(chǎn)生不必要的交通流量,提高公交的運(yùn)作效率。

在計(jì)算機(jī)還未普及之前公交車報(bào)站管理都是由工作人員人工報(bào)站的方式來(lái)操作的。以前的公交車報(bào)站系統(tǒng)為司機(jī)手動(dòng)報(bào)站，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)或不報(bào)的現(xiàn)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(dòng)報(bào)站還會(huì)影響司機(jī)的安全駕駛。隨著社會(huì)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)科學(xué)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(shí)就語(yǔ)音播報(bào)到站站名及下一站站名。司機(jī)還可手動(dòng)播放些安全或文明城市方面的宣傳語(yǔ)音。

因此公交車自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)化語(yǔ)音播報(bào)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(jīng)濟(jì)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(yǔ)音芯片WT2003H，LED數(shù)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(yǔ)音模式，采用直接存貯模擬語(yǔ)音的方式，它使用簡(jiǎn)單，只需錄，放兩鍵就可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的采集和播放。但它難以批量化燒錄生產(chǎn)（需錄音才有播放的音源）；每個(gè)產(chǎn)品音質(zhì)效果有差異很難做到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化；沒(méi)有遠(yuǎn)程音源升級(jí)更換功能（更換音源需重新錄音）；它的語(yǔ)音段地址是粗略估算的，精確的話要借助專業(yè)設(shè)備；不同語(yǔ)音長(zhǎng)度容量就要選擇不同的型號(hào)產(chǎn)品。

WT2003的優(yōu)勢(shì)：

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(zhì)統(tǒng)一，相比較于ISD1400,WT2003系列的芯片好處及功能數(shù)不服數(shù)。

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(duì)接客戶的MCU，從一兩毛的（類PIC單片機(jī)，如EM78P153，飛凌53），到一兩塊，十幾塊的51/ARM都可對(duì)接，實(shí)現(xiàn)控制語(yǔ)音的播放。

C. 成本低：集成了按鍵，顯示，語(yǔ)音，串口通信，可省掉多顆單功能芯片；燒錄更換語(yǔ)音簡(jiǎn)單，降低燒錄成本和人工時(shí)間。

D. 擴(kuò)展性好：芯片IO口多，硬件資源豐富（串口，SPI,I2C,定時(shí)器，AD/DA等都具有），主頻高達(dá)120M，客戶可不改原電路板或庫(kù)存的情況下，可升級(jí)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(wǎng)或向客服索取相關(guān)芯片資料)

WT2003H是一款功能強(qiáng)大的高品質(zhì)語(yǔ)音芯片，采用了高性能32位處理器、最高頻率可達(dá)120MHz。具有低成本、低功耗、高可靠性、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可內(nèi)置350秒\900秒語(yǔ)音容量?，F(xiàn)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(diǎn)

（1）UART控制模式：標(biāo)準(zhǔn)UART通信接口，默認(rèn)波特率9600；支持 SPI-Flash作為存儲(chǔ)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(jī)播放等功能。32 級(jí)音量可調(diào)、最大可以支持外掛 128Mbit 的 Flash；

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

（3）兩線串口控制模式：可通過(guò)發(fā)碼端控制語(yǔ)音播放、停止、循環(huán)播放和音量大??；8級(jí)音量可調(diào)、支持 SPI-Flash做為存儲(chǔ)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(shè)置任意按鍵為脈沖可重復(fù)觸發(fā)、脈沖不可重復(fù)觸發(fā)、無(wú)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(gè)按鍵觸發(fā)控制輸出；

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

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

（7）支持語(yǔ)音高品質(zhì)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(nèi)置0.5W D類功放；

（10）兩個(gè)16位異步分頻器定時(shí)器；

（11）數(shù)字音頻流,IIS支持主機(jī)和從機(jī)模式；

（12）一個(gè)紅外遙控解碼器；

（13）16 bit高精度ADC和DAC；

（14）大功率IO驅(qū)動(dòng)能力，最高可直接驅(qū)動(dòng)64mA；

（15）單芯片使用（使用內(nèi)置容量）時(shí)內(nèi)置語(yǔ)音需出廠前寫入。

（16）支持UART更新程序以及語(yǔ)音

2.4 公司簡(jiǎn)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(jīng)20多年的發(fā)展，公司已成為集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)于一體的公司，專注于語(yǔ)音技術(shù)研究、語(yǔ)音產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)及控制等軟、硬件設(shè)計(jì)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。

在北京、廣州、武漢、上海等地?fù)碛卸嗉易庸?，?gòu)筑了面向全國(guó)的經(jīng)營(yíng)和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，涵蓋家電、醫(yī)療器械、安防報(bào)警、汽車電子、多媒體、通信、電話錄音、工業(yè)自動(dòng)化控制、玩具及互動(dòng)消費(fèi)類產(chǎn)品等領(lǐng)域，公司的集成芯片和模塊主要有：播放類、錄音類、MP3類、藍(lán)牙WiFi類、語(yǔ)音識(shí)別類。

唯創(chuàng)知音已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)的品質(zhì)保障流程和高效的服務(wù)體系。芯片資料可向公司官網(wǎng)或客服索取相關(guān)資料，如果有訂制需求，也可向客服咨詢，可提供更多的技術(shù)服務(wù)。公司成品線主要產(chǎn)品涵蓋有工地安全、電梯安全（語(yǔ)音廣告）、森林防火安全提示、垃圾分類提示、娛樂(lè)、店鋪迎賓等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，涉及政府、工業(yè)、文教、交通、能源和企業(yè)等行業(yè)應(yīng)用。

三.方案設(shè)計(jì)描述

3.1 GPS報(bào)站原理

系統(tǒng)啟動(dòng)后，模塊接收GPS信息，然后解析出GPS信息，根據(jù)解析出來(lái)的經(jīng)緯度信息與數(shù)據(jù)區(qū)中存儲(chǔ)的站點(diǎn)信息比較，計(jì)算出實(shí)際距離。如果距離到達(dá)閥值時(shí)，啟動(dòng)GPS報(bào)站語(yǔ)音播報(bào)。

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(shù)據(jù)幀，均以MYM開頭。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。

假設(shè)第一點(diǎn)A的經(jīng) 緯度為(LonA, LatA)，第二點(diǎn)B的經(jīng)緯度為(LonB, LatB)，按照0度經(jīng)線的基準(zhǔn)，東經(jīng)取經(jīng)度的正值(Longitude)，西經(jīng)取經(jīng)度負(fù)值(-Longitude)，北緯取90-緯度值(90- Latitude)，南緯取90+緯度值(90+Latitude)，則經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)后的兩點(diǎn)被計(jì)為(MLonA, MLatA)和(MLonB, MLatB)根據(jù)三角推導(dǎo)，可以得到（北半球）計(jì)算兩點(diǎn)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(gè)gps坐標(biāo)點(diǎn)（經(jīng)緯度）獲得兩點(diǎn)的直線距離，單位是米
int CalcDistance(float fLati1, float fLong1, float fLati2, float fLong2)

轉(zhuǎn)為函數(shù)為int Distance=CalcDistance(float latS, float lonS, float latAn, float lonAn),

說(shuō)明：

（1）.上述（latS,lonS公交車行駛時(shí)的實(shí)時(shí)經(jīng)緯度，

（2）.(latA1,lonA1).........(latAn,lonAn)為公交站1到公交站N的經(jīng)緯度，是個(gè)固定值，唯一值（這地理值非常重要，如果被敵國(guó)獲取，導(dǎo)彈輸入此參數(shù)就很危險(xiǎn)了）。

A. 可設(shè)距離遞減段：Distance<50米啟動(dòng)到位提示；<5米啟動(dòng)上下車開門提示；

B. 可設(shè)距離遞增段：Distance>50米啟動(dòng)下一站提示；

C. 啟點(diǎn)站出發(fā)設(shè)定是上行還是下行。

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

3.2 報(bào)站器的功能設(shè)計(jì)

（1）本設(shè)計(jì)播報(bào)主要有兩種方式，其一是當(dāng)?shù)竭_(dá)播報(bào)站點(diǎn)時(shí)，司機(jī)按下對(duì)應(yīng)按鍵進(jìn)行播報(bào)；另一種是全自動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)方式，到達(dá)播報(bào)站點(diǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行播報(bào)。

（2）自帶時(shí)鐘顯示，并且設(shè)有GPS自動(dòng)校時(shí)；每次上電后接收到有效的GPS數(shù)據(jù)，會(huì)自動(dòng)校時(shí)一次當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)。

（3）可通過(guò)按鍵調(diào)整語(yǔ)音播報(bào)音量的大小。

（4）針對(duì)自動(dòng)播報(bào)時(shí)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，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(jīng)緯度數(shù)據(jù)，用戶可拿著設(shè)備站在想要播報(bào)的位置，選擇好對(duì)應(yīng)菜單，在GPS數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)按下對(duì)應(yīng)按鍵來(lái)錄入該站序號(hào)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),另一種是公交站的經(jīng)緯坐標(biāo)以文件的形式下載到芯片，可隨時(shí)更換公交路線所對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度文件。

四．部分設(shè)計(jì)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)UART異步串口接口，屬于3.3V TTL電平接口。通訊數(shù)據(jù)格式是：起始位：1位；數(shù)據(jù)位：8位；奇偶位：無(wú)；停止位：1位。標(biāo)準(zhǔn)UART通信接口，默認(rèn)波特率9600

使用電腦串口調(diào)試助手，需要正確設(shè)置串口的參數(shù)，設(shè)置如圖：

注意：“長(zhǎng)度”是指長(zhǎng)度+命令碼+參數(shù)+校驗(yàn)和的長(zhǎng)度，“累加和校驗(yàn)”是指長(zhǎng)度+命令碼+參數(shù)的累加和的低字節(jié)。

注意：所有的Flash語(yǔ)音播放都是指外部FLash的語(yǔ)音播放操作。主要可以先實(shí)現(xiàn)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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