智能语音播报系统电路设计详解 —电路图天天读（229）

　　射频识别作为一种非接触式的自动识别新技术，近年来得到了迅速的发展并逐步走向成熟。其原理是基于无线射频信号的传输特性，进行非接触式自动识别，从而自动识别被标识对象，获取对应数据进行交换。最常见的识别方法是一个串行存储号码识别一个人或物体。在此介绍一种基于 RFID和单片机技术的智能语音播报系统，可广泛应用于旅游景点自助导游、博物馆自助讲解、公交车站自动报站等场合。

　　系统总体设计

　　本系统由两大部分组成：RFID电子标签和智能终端。RFID电子标签内部由RFID晶片和外界线圈组成，每张电子标签有唯一的ID号。智能终端主要包括AT89S52单片机、最小系统电路、RFID读卡器、语音模块等。其中语音模块由WT588D语音芯片、编程器和用于语音下载、编程、模式设置的上位机软件WT588D VioceChip组成。系统整体框图如图1所示。

　　智能终端在有效读取范围内检测到RFID电子标签时，产生串行中断，单片机通过RXD引脚读取并存储电子标签ID值，然后查询与读取的ID号对应的语音地址，单片机通过一线串口控制模式控制语音模块完成对应语音信息的准确播报。

　　RFID读卡器模块DM-S28140

　　本系统采用中科鸥鹏公司的串口通信版DM—S28140读卡器模块实现RFID电子标签的ID值的读取。DM-S28140读卡器具有低功耗被动读取RFID标签、串口通信、波特率为2 400 bps、输入使能允许软件启用或禁用等特点。可以读取EM4100无源只读系列125 kHz标签卡，每个标签包含一个唯一的标识符，由RFID读卡器读取后，通过串行接口传输。

　　读卡原理

　　当RFID读卡器工作时，读卡器的控制电路将电流注入线圈，产生低频电磁场。若RFID电子标签放置在有效读取范围内（10 cm内），电子标签的线圈就会感应低频电磁场，共振耦合产生电流，供给其晶片足够的电源，在充分的电源供应下，晶片就可以将内存中唯一的ID信号转换成射频信号，传送给读卡器。只要有充分的电源，电子标签就会持续不断地发送ID值。

　　硬件连接

　　RFID读卡器串行接口版本可以与微控制器仅用4个信号（VCC、/ENABLE、SOUT、GND）互连。读卡器外观及引脚功能如图2所示。其中，SOU T连接到AT89S52的P3.0（RXD）引脚实现串口通信，使能引脚/ENABLE由P3.2控制。

　　AT89S52与WT588D的连接如图3所示。选择AT89S52 P1.4引脚连接AT89S52 RESET控制复位信号，AT89S52的P1.5引脚连接P03作为数据输出端，选择PWM音频输出方式，PWM引脚接至扬声器。

　　通信协议

　　当RFID射频识别卡开始工作时，且RFID标签放置在有效读取的范围内，唯一的ID以12位ASCII字符串方式发送给主机，如图所示。

　　其中，起始位和停止位有助于识别一个正确的接收信息串，中间10位是实际标签唯一ID号。

　　语音模块

　　语音模块包括16个引脚的语音芯片WT588D、一个对语音模块进行语音下载的编程器和上位机软件Vioce Chip。WT588D语音芯片是一款可重复擦除烧写的语音单片机芯片。表1为各个引脚的功能描述。图5为一线串口控制模式时序及电平占空比示意图。配套WT588D VioceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可，可控制220个语音地址，每个地址位能加载组合128段语音。支持DAC/PWM两种输出方式，PWM输出可直接推动0.5W/8Ω扬声器。支持加载WAV，音频格式，以及 MP3控制模式、按键控制模式、一线串口控制模式、三线串口控制模式。本系统采用一线串口控制模式接收待合成的文本，直接合成为语音输出。

　　一线串口只通过一条数据通信线控制时序，依照电平占空比不同来代表不同的数据位。先拉低RESET复位信号5 ms，然后置于高电平等待17 ms，再将数据信号拉低5 ms，最后发送数据。高电平与低电平数据占空比为1：3，代表数据位0;高电平与低电平数据位占空比为3：1，代表数据位1。高电平在前，低电平在后。

　　编辑点评：本文使用AT89S52单片机、DM-S28140读卡器和WT588D语音模块，配合RFID电子标签，实现了智能语音播报系统。实践证明，此方案可行并且可靠，可用于旅游景点自助导游、博物馆的自助讲解、公交车站智能报站等场合，具有较高的实用价值。

　　随着人们生活水平的不断提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

　　1 总体设计框图

　　温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口传送数据实现温度显示。

　　1.1 系统硬件设计

　　硬件电路由四部分组成：温度数据采集部分，即时温度显示驱动部分，温度数据存储部分和上位PC机数据处理部分。整个硬件设计原理图如图2所示。

图2　硬件原理方框图

　　图3 AT89S52单片机最小系统

　　AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

　　2  温度数据采集部分

　　DS18B20是智能型的数字温度传感器，以单总线方式通信。其数据线与单片机的P1．1相连接。当到达采样时间时，由单片机发出读温度信号，通过单片 机AT89C51的P1．1口和DS18B20的I／O口相连，按照DS18B20的时序要求，发出相应的读、写命令。

　　2.1 主控制器

　　单片机AT89S52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。

　　2.2  显示电路

　　显示电路采用4位共阳LED数码管，从P3口RXD，TXD串口输出段码。

　　2.3 温度传感器

图4   DS 18B20 内部结构

　　DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。

　　3  DS18B20的测温原理

　　
图5  DS18B20 的内部测温电路图

　　DS18B20的测温原理如图2所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

　　4 DS18B20与单片机的典型接口设计

　　以MCS51单片机为例，图3中采用寄生电源供电方式， P1?1口接单线总线为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管和89C51的P1?0来完成对总线的上拉。

　　编辑点评：本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，该设计控制器使用单片机AT89S52，测温传感器使用DS18B20，用3位共阳极LED数码管以串口传送数据，实现温度显示，能准确达到以上要求。