语音识别,道路语音识别提示装置

　新疆大学机械工程学院机械专业

　课程设计

　班级 机电 07-1 班

　姓名 王睿

　指导教师 祁文军

　完成日期 2011 年 3 月 16 日

　机械自动化教研室

　新 疆 大 学

　专业课课程设计任务书

　机械自动化教研室

　班级 机电 0-71 专业机电一体化

　姓名 王睿 学号[1**********] 课程设计题目 道路识别语音提示装置 课程设计完成内容道路识别语音提示装置的应用及工作原理

　设计完成电路图一张

　完成设计说明书一份

　说 明 书 页 数 16 页 图 纸 数 1 张

　发题日期 2011 年 1 月 16 日

　完成日期 2011 年 3 月 16 日

　指 导 老 师祁 文 军

　教研室主任 早 热 木

　目录

　（一）引言 .................................. 4

　1 道路识别装置的发展概况............................................4

　 3 功能..............................................................5

　1 导航功能........................................................5

　 转向语音提示功能................................................5

　 定位............................................................5

　 里程计和测速....................................................6

　（二）道路识别语音提示装置设计原理 ............. 6

　（三）硬件电路设计..............................................8

　1 电源转化电路设计................................................8

　2 GPS 电路接收模块与单片机接口电路设计............................10

　3 单片机控制系统硬件电路.........................................11

　（四）软件设计.....................................................11

　 1 串口通信模块...................................................12

　A/D 转换模块..................................................12

　2 信息接收处理..................................................14 3 主程序设计.............................................. 15 参考文献..........................................................16

　道路识别语音提示装置

　摘要近几年来随着人们生活水平的提高，旅游逐渐成为了一种时尚。而城市建设日新月异，大、中城市交通日益复杂，不认识道路，找不到目的地的情况也屡有发生，这给广大的旅游观光的客人带来了极大的不便。在总结国内外城市导航系统的基础上，以及新疆城市的特点。利用 GPS 芯片和单片机来完成旅游城市道路的导航，为城市旅游观光的客人提供优质服务。

　关键词 GPS 定位技术；单片机技术；录音技术；数字信号处理；接口技术

　（一）引言

　1 道路识别装置简介及发展概况

　GPS 是英文 Navigation Satellitte Timing and Ranging/Global Positioning System 的字头缩写词（NAVSTAR/GPS）的简称。它的含义是，利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球卫星定位系统。现在国际上已经公认将这一全球定位系统简称 GPS 。

　GPS（Global Position System ）技术是随着现代科学技术的发展而建立起来的一个高精度全天候和全球性的无线电导航、定位、定时的多功能系统。GPS 最初应用于军事领域，近年来，逐渐向民用领域开放，广泛应用于车辆导航、个人用户、跟踪定位、测绘、探矿、地震、气象、GIS 、航空、航海、军事等方面，其中，车辆导航领域的市场份额最大、增长最快。初进入国内市场的 GPS 作为一种专业工具，多应用于林业、农业、电力、水利、石油、海洋、地质、国防、交通、环保、气象、城建等行业，但随着数字化生活的临近，GPS 也越来越贴近我们的日常工作与生活。大家开始在户外俱乐部、摄影器材店、IT 电子产品店见到各种 GPS 的消费产品，就连汽车经销店、4S 店内也越来越多的看到 GPS 的汽车电子类产品车载导航仪。GPS 技术在隧道测量中也具有广泛的应用前景，GPS 测量无需通视，减少了常规方法的中间环节，因此，速度快、精度高，具

　有明显的经济和社会效益。

　国内业界已有多家厂商投入 GPS 定位系统研制， 目前，业界普遍看好汽车导航定位系统市场及未来的个人手机(Cell Phone) 定位系统市场，这也正是 GPS 定位系统研制商的未来商机所在。

　 2 道路识别装置的组成部分及功能

　（一）车载 GPS 系统终端通常由 GPS 模块、语音控制模块、显示模块和车载 PC 等几个部分组成

　 GPS 模块安装到车辆上的小型装置，是 GPS 车载单元的一部分，用来接收

　卫星所传递的信息。

　 语音控制模块完成声音控制及服务等功能。

　 显示模块用来显示位置路况等视频图象信息，可选用 LCD 、CRT 或 LED显

　示。

　 车载 PC 整合处理各功能模块，配合相应的软件，完成指定功能，如进行数

　据处理，计算出所在位置的经度，纬度，海拔，速度和时间等。

　 由于使用环境的特殊性，作为系统核心的车载 PC 的必须体积小，集成度高，功耗低，处理能力强，操作简单便捷。根据车辆使用的频繁性以及道路的复杂性的要求，它必须可靠性要高，且扩展性和兼容性要好．

　3 功能

　1 导航功能

　计算机根据 GPS 采集的使用者当前位置的经度纬度信息，计算机为车主设计最佳路线。通过人机交互装置告知车主。

　转向语音提示功能

　车辆行驶到与数据库一致的地点时，车载 GPS 语音系统提示用户转向等语音提示。告诉旅行者所处位置的名称，及与旅游相关的一些信息，如当地的历史，最近的医院，宾馆，当地的风土人情等等。

　定位

　GPS 通过接收卫星信号，可以准确地定出其所在的位置，位置误差小于 20米。如果机器里带地图的话，就可以在地图上相应的位置用一个记号标记出来。同时，GPS 还可以取代传统的指南针，显示方向，取代传统的高度计，显示海拔高度等信息。

　里程计和测速

　通过 GPS 对卫星信号的接收计算，可以测算出行驶的具体速度，比一般的里程表准确很多。显示车辆从某地到达另一目的地行驶的距离。

　（二）道路识别语音提示装置设计原理

　本设计通过 GPS 设备（Global Position System ）即全球定位系统，用于接收并解析太空中数个卫星回传电波中的轨道信息及时刻信息，来计算出 GPS 接收器所在位置的经度、纬度、水平高度及移动速度。GPS 芯片采集到道路的经、纬度信息，转化为数字信号通过接口电路输入到车载计算机，计算机将接收的数字进行计算，并与目的道路基本信息数据库进行比较，（数据库建立可通过人工实测或者通过应用 google earth 软件直接获得目的地的经纬度）当两者数据相差在一定的范围内时计算机认为当前位置极为满足条件的目的地，两者一致，计算机输出一定得信号。触发语音设备发出相应的语音提示。告知旅行者相关的语音信息。也可通过 LED 点阵显示器显示相关文字信息。

　图(1)理模型结构图

　例如:乌鲁木齐友好北路东海渔村(现更名幸运酒店) 地理位置为北纬 43° 49′193″ 东经 87°34′533″当 GPS 测得的经纬度与实际位置相差一秒时,(纬度相差 1秒的距离大约为 30.9m, 而经度上 1秒大约为 27m) 单片机触发相应的语音设备. 做出语音提示

　.

　图（2）

　乌鲁木齐地图局部

　道路识别语音提示装置接线图

　图（3）GPS 模块与单片机接口原理图

　GPS 的串口直接与微机串口对接，显示装置采用普通显示器即可。

　图（4）点对点连接图

　（三）硬件电路的设计

　本系统选用 Microchip 公司的 PIC8 位单片机 16F877 作为主控元件，选用国产 GPS 导航模块 E580 接收 GPS 卫星号。E580 是 16 通道的高感 GPS 接收模块，可以多跟踪 16 颗 GPS 卫星，跟踪灵敏度可达-158dBm ，数据跟新率可达 1 次/s,而且功耗较小。D/A 转换芯片选用美国 MAXIM 公司的 8 位串行 D/A芯片 MAX518。电平转换芯片选用 2 片 MAX232。图 1 为系统电路原理框图所示

　图 1 系统电路原理框图

　1 电源转换电路设计

　本系统选用 2 种供电方式，分别为+12V 和+5V 供电。选用 L7805CV 实现+12V 向+5V 的转变，分别供电给单片机、MAX518 和 LED 数码管，其两端的电容可消除瞬间干扰脉冲，如图 2 所示

　图 2 L7805 电源转换电路图

　复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化为 0000H ，使单片机从 0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统正处欲死锁状态时，为了摆脱困境，也需要按服位键以重新启动[2]。

　单片机在 RESET 为高电平控制下，程序计数器（PC ）和特殊功能寄存器的复位如表 1 所示。在复位有效期间内，ALE 、PSEN 将输出高电平。

　表 1 复位后寄存器状态

　本次设计复位电路，如图 3 所示

　图 3 复位电路设计

　2 GPS 接收模块与单片机接口电路设计

　单片机与 GPS 模块通过工作在异步方式的串行通讯接口（SCI ）实现通讯[3]。E580 模块外围电路连接如图 4 所示

　图 4 外围电路连接

　3 单片机控制系统的硬件电路

　系统的电路原理如图 5 所示

　图 5 系统电路原理图

　四 软件设计

　软件设计包括 MCU 的程序设计和 PC 机端的软件设计。在 MUC 上的程序包括主要由 A/D 转换模块、单片机内部数据处理模块和温度显示模块等 3 部分构成，便于修改和维护。

　1 串口通信模块

　串口通信的主要功能是接收时，把外部单线输入的数据变成一个字节的并行数据送入 MCU 内部把需要发送的一个字节的并行数据转为单线输出。图

　1 为 SCI 的编程模型。

　图 1 编程模型

　1 A/D 转换模块

　A/D 转换模块它的功能是将电压信号转换为对应的数字信号。这个电压量是由压力传感器把压力转换过来，为了使采样数据更准确。该系统是取多次中值采样值再取平均值的方法获得数据，大大的提高了采样数据的精度。流程如图所示

　2 信息接收处理

　在串口收到信息以后，先判别是否为语句引导头“＄”，然后再接受信息内容，然后根据语句标识区分出信息类别以对收到进行处理显示。串口中断程序如图 2所示

　图 2 串口中断流程图

　3 主程序设计

　主程序主要包括以下几个部分初始化、接受 GPS 数据、GPS 信息处理、超时处理判断等[4]。其目的是保证 GPS 提供的位置、时间用户信息与用户的可视信息同步。主程序流程图如图 2 所示

　参考文献

　[1] MCS-51 单片机原理及接口技术 马家辰，孙玉德等编著 哈尔滨工业

　大学出版社

　[2] GPS 接收机专用芯片组技术发展 寇艳红，沈吉，张其善

　[3] 车载 GPS 导航系统介绍

　[4] 城市出租车无线定位方法研究 郭俊强 山东科技大学硕士论文

　[5] MSP430 单片机与 GPS 模块接口在便携式导航系统中的应用 文章作者

　李志宇

　[6] 机电一体化设计基础 郑堤 唐可洪 机械工业出版社

　[7] 8051 单片机课程设计实训教材 陈明荧 编著 清华大学出版社

　[8] 沈庆阳，郭庭吉.8051 单片机实践与应用[M].北京清华大学出版社，2009

　[9]Microchip

　Specificatian

　[10]刘瑞华.MCS-51 单片机与 GPS-OEM 板串行通信[J].电讯技术，2004194~202

　[11]Hugentobler U, Dach R, Fridez P. Document s of Bernese Soft2ware Ver sion O[R].Berne:University of Berne ,2005

　Technology,PIC16F87x EEPROM Memory Progra-mming

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