基于RFID的自助語音系統(tǒng)

在眾多旅游景點和展覽館中，參觀者觀賞展品時，可看的展品雖多，但了解的資訊卻很少，基本上要依賴導(dǎo)游講解。由于導(dǎo)游缺乏及費用問題，大多數(shù)觀眾只能走馬觀花，展覽質(zhì)量不高。因此，這里提出一種基于RFID(射頻識別技術(shù))和語音合成的自助導(dǎo)游講解系統(tǒng)。

1 自助語音講解系統(tǒng)的工作原理
    本自助語音講解系統(tǒng)由2部分構(gòu)成：RFID電子標(biāo)簽和手持終端。手持終端主要包括AT89S8252單片機、非接觸式IC卡讀寫及射頻模塊電路、科大訊飛XF-S4240語音合成模塊、電源電路等，其原理圖主要框圖如圖l所示。當(dāng)手持終端檢測到RFID電子標(biāo)簽，產(chǎn)生中斷，讀取電子標(biāo)簽信息。即可識別出展品代號，調(diào)用存儲在單片機中的本展品的語音講解文本，通過語音合成模塊，由語音放大電路輸出，完成講解任務(wù)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 非接觸式射頻讀卡器
    由于非接觸式IC卡與讀卡設(shè)備無接觸，它是通過射頻電磁感應(yīng)從讀寫設(shè)備獲取能量和交換數(shù)據(jù)，讀寫操作只需要將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和身份識別等，使用方便快捷、不易損壞，廣泛應(yīng)用于存取頻繁、可靠性高的場合。
    本系統(tǒng)采用北京完美公司的WM-01TA模塊來實現(xiàn)。該模塊配套有環(huán)行天線，工作頻率為125 kHz；具有異步串行通訊UART接口；默認(rèn)串口波特率為9 600 b／s，無校驗，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位；可讀取EM只讀感應(yīng)體，讀卡距離為60～90 mm，讀卡速度大于0．5s，并且采用標(biāo)準(zhǔn)IC引腳DIP40外型，特別方便嵌入到目標(biāo)線路板中。該射頻模塊共有7個引腳，引腳說明如表l所示。該器件價格低廉，完全滿足該項目設(shè)計需求。

    當(dāng)卡片進(jìn)入感應(yīng)區(qū)時，模塊向串口發(fā)送一次卡號。如果卡片未離開感應(yīng)區(qū)，模塊則不再向串口送卡號，如果卡片離開感應(yīng)區(qū)，再進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，則該模塊需再送一次卡號。
    TTL232數(shù)據(jù)傳輸主要是傳送卡號，其傳送數(shù)據(jù)格式為：AAH FFH DO D1 D2 D3 D4校驗和，共8個字節(jié)，其中AAH和FFH為命令碼：DO～D4為40位卡號，其中低地址為高字節(jié)Motorola結(jié)構(gòu)：檢驗和為地址0～5位，共7字節(jié)“XOR”異或值。例如：某40位卡號為01021DF6FA(HEX)，對應(yīng)發(fā)送格式為：AAH FFH 01H 02H 1DH F6H FAH 47H，其卡號為5個字節(jié)：01H 02H 1DH F6H FAH。
    WM-01TA通過UART接口與單片機連接，如圖2所示。

2．2 語音模塊XF-S4240
    XF-S4240中文語音合成模塊是中科大訊飛信息科技有限公司面向高端應(yīng)用推出的嵌入式中文語音合成模塊?？芍С秩我獾闹形奈谋?、英文字母的語音合成。該模塊通過異步串口(UART)、SPI接口及I2C總線3種方式接收待合成的文本，直接合成為語音輸出。該模塊支持GB2312、GBK、BIG5、UNICODE等4種內(nèi)碼格式的文本，具有智能的文本分析處理算法，并支持多種控制命令，包括：合成、停止、暫停合成、繼續(xù)合成等。XF-S4240語音模塊封裝成16端子，各端子功能如表2所示。

    語音模塊的命令格式由幀頭、數(shù)據(jù)長度區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)3部分組成，各部分的定義如表3所示。語音模塊的命令如表4所示。

    如要合成“歡迎您參觀莫高窟”，只需對模塊發(fā)送格式為GB2312的文本代碼：

其中0xFD為幀頭，0x00為數(shù)據(jù)區(qū)長度的高字節(jié)，Ox14為數(shù)據(jù)區(qū)長度的低字節(jié)(注意：長度字節(jié)為合成代碼字節(jié)長+2)，0x01為語音合成命令，0x00為GB2312的命令碼。0xBB、0xB6 為“歡”的GB2312碼，0xD3、0xAD為“迎”的GB2312碼……0xAD、0xA3為“。”的GB2312碼。
    本設(shè)計中，AT89S8252與XF-S4240通過SPI通訊來實現(xiàn)，電路連接見圖2。語音信號由LM386放大輸出。由于該模塊采用3．3 V供電，需用AMSlll7將5 V轉(zhuǎn)換為3．3 V電源。
2．3 AT89S8252單片機
    本系統(tǒng)設(shè)計中，射頻讀卡模塊具有UART接口，語音合成模塊具有UART和SPI接口。由于普通51單片機只有一個串口，因此存在串口的擴展問題。AT89C8252單片機是ATMEL公司的8位微處理器，具有SPI接口是AT89S8252不同于其他單片機的主要特點，它與51單片機完全兼容，但
在P1口(其中的P1．4～P1．7)上擴展了SPI接口。可以很方便地與語音模塊通信，因此，在本系統(tǒng)選擇AT89S8252，可以大大簡化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
    (P1．4)：從使能輸入引腳，低電平有效；MOSI(P1．5)：主數(shù)據(jù)輸出或從數(shù)據(jù)輸入引腳；MISO(P1．6)：主數(shù)據(jù)輸入或從數(shù)據(jù)輸出引腳；SCK(P1．7)：主時鐘輸出或從時鐘輸入引腳。
    AT89S8252共有3個SPI寄存器，分別是控制寄存器SPCR、狀態(tài)寄存器SPSR和數(shù)據(jù)寄存器SPDR。
    1)控制寄存器SPCR的內(nèi)容格式為：

    SPIE：SPI中斷使能位。為0時，禁止SPI中斷：為1時，若EA也為1，則使能SPI中斷；
    SPE：SPI使能位。為0時，禁止SPI通道；為1時，使能SPI中斷，此時，P1．4、P1．5、P1．6和P1．7用作*****、MOSI、MISO和SCK。
    DORO：數(shù)據(jù)順序設(shè)置位。為O時，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臀辉谇?；?時，數(shù)據(jù)傳輸高位在前。
    MSTR：主從模式設(shè)置位。為0時，選擇從模式；為1時，選擇主模式。
    CPOL：時鐘極性設(shè)置位。為0時，主器件時鐘SCK在不傳輸時為低電平；為1時，SCK在空閑時為高電平。
    CPHA：時鐘相位設(shè)置位。此位和CPOL一起控制主從器件之間的時鐘和數(shù)據(jù)關(guān)系。
    SPRl、SPR0：SPI時鐘頻率設(shè)置位。這兩位主要用于主模式器件的SCK頻率設(shè)置，對于從模式器件沒有作用。為00時，頻率為fOSC／4；為01時，頻率為fOSC／16；為10時，頻率為fOSC／64；為11時，頻率為fOSC／128。這里fOSC為晶振頻率。
    在本設(shè)計中，初始化要求SPIE=0，SPE=l，DORD=O，MSTR=1，CPOL=CPHA=l，SPRl=0，SPR0=1，通過“SPCR=0x5d”語句就可以對SPI接口初始化。
    2)狀態(tài)寄存器SPSR的內(nèi)容格式為：

    SPIF：SPI中斷標(biāo)志位。當(dāng)一次串行傳輸完成后，此位被置1，如果SPIE和ES為1，則會產(chǎn)生中斷。讀SPI狀態(tài)寄存器SPSR將清除此位。
    WCOL：寫沖突標(biāo)志位。在數(shù)據(jù)傳輸過程中寫數(shù)據(jù)寄存器SPDR時，此位會置1。在數(shù)據(jù)傳輸中，讀SPDR寄存器值會發(fā)生錯誤，寫SPDR寄存器也無效。讀SPDR寄存器將清除此位。
    3)數(shù)據(jù)寄存器SPDR為8位數(shù)據(jù)位，其內(nèi)容格式為：

    因此，對SPI接口操作簡單。SPI接口寫入數(shù)據(jù)的子程序為：


3 系統(tǒng)軟件流程
    軟件系統(tǒng)由主程序、讀卡子程序、語音處理程序組成。其中，主程序完成系統(tǒng)的初始化(包括UART初始化和SPI初始化)，如果有射頻卡接近天線，則讀卡模塊通過串口中斷發(fā)送TAG信息給單片機。單片機將此標(biāo)簽信息與存儲的卡號信息比對，從而調(diào)用相應(yīng)的語音文本信息送到XF -S4240模塊，播放相應(yīng)的語音。
    由于采用了SPI接口，單片機與語音模塊的通信也格外簡單，其相關(guān)代碼如下：

其流程圖如圖3～圖5所示。

4 結(jié)束語
    使用AT89S8252單片機及WM-01TA讀卡模塊和XF-S4240語音模塊，配合天線模塊、電源模塊等，實現(xiàn)了自助語音講解系統(tǒng)。該系統(tǒng)在展覽館、旅游景點可以提供個性化的導(dǎo)游服務(wù)，有較高的實用價值。