基于ARM微处理器的语音报警系统设计与实现

第 23卷第 1期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.23,No.1 2007年 1月 Journal of Qiqihar University Jan.,2007

基于 ARM 微处理器的语音报警系统设计与实现

王永红 1,2,张丽丽 2,戴学丰 2,刘树东 2

(1.中国网通黑龙江通信公司,黑龙江 哈尔滨 150001;2.齐齐哈尔大学机器人研究所,黑龙江 齐齐哈尔 161006

摘要:介绍了由集成 ARM 微处理器的 EX44B0开发板和语音芯片 ZY1420A 组成的语音报警系统的原理与实现过 程。该系统具有报警速度快、报警直观、可靠性好、电路简单等优点。

关键词:ARM;ZY1420A;语音报警

中图分类号:TP277 文献标识码:A 文章编号:1007-984X(200701-0089-03

目前, 智能机器人已经成为机器人研究的热点, 而民用服务机器人是智能机器人的一个重要研究领域。 本课题属于家庭服务机器人语音交互子系统,当机器人配备的传感器检测到水、火、有害气体、非法入侵 等信息时就通过 ARM 微处理器控制语音芯片报警。采用语音报警是基于目前常见的声光报警有许多缺陷。 如:报警铃声不易区分多种警示;报警指示虽能区分多种警示,但需报警人员精神高度集中才能及时的发 现报警。而采用语音报警,报警员通过报警器发出的语音信息,便可知道是哪一路有报警,以便及时采取 措施,排除故障。与声光报警相比,语音报警显得更加直观可靠。

ARM(advanced RISC machine是英国 ARM 公司出品的通用 32位 RISC 微处理器。它是一种低成本、 低功耗、高性能的产品,在嵌入式领域应用广泛,目前已经发展出 ARM7TDMI、StrongARM、ARM9TDMI 等多种系列。S3C44B0X 是 Samsung 公司推出的基于 ARM7TDMI 核的产品,是专为一般应用提供的高性价 比和高性能的嵌入式微处理器解决方案。

本系统使用英蓓特公司的 EX44B0开发板,板上集成有 S3C44B0X 微处理器、2 MB Flash ROM、8 MB SDRAM、RS232 串口、10 M以太网接口、20针 JTAG 调试接口、32个通用 I/O(GPIO等模块,开发功能完 备。 本系统的应用软件是在英蓓特的 Embest IDE(integrated development environment 中完成的。 Embest IDE 是一套集成编辑软件、编译软件、汇编软件、连接软件、调试软件、函数库、工程管理软件的面向嵌入式 系统的开发和调试工具。它的编译工具采用的是自由软件 GNU,GNU 包括汇编器 as、C 编译器 gcc、连接 器 ld 等。本文的代码都是采用 GNU 的格式。

1 系统组成及工作过程

1.1 语音芯片简介

早期的语音录放芯片使用 DRAM(动态存储器 ,若无后备电池,一旦断电,所有的信息都会消失。 美国 ISD 公司利用本公司的专利“直接模拟存储技术” (DAST ,把模拟数据成功地存入 EEPROM 半导体 存储器中。这种突破性的存储方法可以在每次取样后,将数据暂存在取样保持电路中,并最终将数据写入 EEPROM 存储单元,而不需要 A/D 和 D/A 转换。这种技术产生的效果:1比同等的数字存储方式增加 了集成度。2模拟数据存储时不挥发,录音数据可永久保存。此外,ISD 系列语音芯片还具有高保真、耗 电少、使用方便、易于开发、适于同单片机接口等优点。本系统使用的语音录放芯片 ZY1420A 是广州致远 公司的产品,它以 ISD1420为主控芯片,具备 ISD1420 的全部优良性能。同时,ZY1420A 还对 ISD1420的标准外围电路作了优化并全部集成于芯片内部。 同使用标准的 ISD1420 DIP40封装芯片相比较, ZY1420A 可以提供更加稳定可靠的性能、更低的价格、更方便的使用,同时还可以减小实际的体积。

收稿日期:2006-10-12

基金项目:齐齐哈尔市工业攻关项目资助和黑龙江省教育厅科技项目资助(项目编号:10551330 。

作者简介:王永红,男,1968年出生,山西人,硕士研究生,工程师,研究方向为网络通信与计算机控制。

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ZY1420A 具有 20 s的录放音时间, 最多可录放 160段语音

信息,每段 125 ms。A0-A7 8位地址位用来设定录放音起始地

址,录放音功能均从设定的起始地址开始。录音结束芯片自动

在该段的结束位置插入结束标志(EOM ,而放音时芯片遇到

EOM 标志即自动停止放音。芯片各管脚及功能如图 1所示。

1.2 录音过程

致远公司提供了专门的基于 Windows 平台的语音编程器软

硬件,可对 ZY1420A 进行分段录放音操作。此编程器具有性

能稳定、 操作简单、 编程速度快的特点, 因此本文用语音编程器录制好报警信息 , 语音电路在现场使用时

只受控放音。现场不使用录音功能,可以保证报警信息的质量。

语音编程器要录制的文件必须为*.WAV类型的声音文件, 可以通过 Windows 提供的录音机软件得到这 种类型的声音文件。语音编程器的软硬件操作都很简单,这里就不详述了。本课题采用 4路语音报警,每 段 5 s。

4路报警信息的地址空间分配如图 2所示。

图 2 4段报警信息的地址空间分配

1.3 放音过程

1.3.1 硬件设计

把录制好的语音芯片接入图 3所示电路。传感器一旦检测到危险信号,即发出报警信息并由 ARM 板 接收,ARM 经过信息确认即调用相关语音信息进行自动报警。这里采用触发放音引脚与 EX44B0的 GPIO 口 PC4相连,PC4给 PLAYE 一个低电平脉冲,电路进入放音状态,直到放音结束。这里通过改变 GPIO PG0-PG7的值选择相应的语音段进行报警。这样何时放音、放哪段音均由 ARM 发布命令。

在放音电路的调试过程中,首先测试 ZY1420A 的工作电压是否为+5V。EX44B0开发板的电压输出往 往达不到+5V,可通过外接电源来解决。然后进入下级调试,看是否可送入放音信号和放音地址。本文目 前使用的扬声器驱动功率为 0.5W, 在室内声音响度完全满足报警要求。 如在室外使用, 可接功率放大器来

输出大功率信号。

图 3 语音报警电路框图

1.3.2 软件设计

本系统的软件开发环境由 EX44B0 开发板和宿主 PC 机组成。开发板用于目标系统应用软件的运行, 而应用软件的开发和调试则需要借助宿主 PC 机来完成。 双方通过串口和 JTAG 仿真口建立连接关系。 应用 软件是通过在 Embest IDE 中新建工程来完成的。

ZY1420A 放音部分的软件设计,主要是完成两种功能的程序编制:一是 ZY1420A 的初始化程序,即 通过设置相关 GPIO 寄存器的工作方式和初始值来初始化 ZY1420A;二是 4段放音程序的编写,以实现报 警。

1ZY1420A 初始化 EX44BO 的 GPIO 通常有 4

种工作方式,这里采用输出方式。以下是一个初始化

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程序主要代码。

rPCONC=0xaaaaadaa; // 设置 PC4为输出状态

rPDATC=0x10; // PC4置 1

rPCONG=0x5555; // 设置 PG0-PG7为输出状态

rPDATG=0x0; // PG0-PG7置为 0地址

2 放音程序 放音程序的设计很简单, 主要是通过改变 PG0-PG7的值来选择不同的放音地址。 还要采 用循环以便连续报警。第三段语音程序循环体可设计如下:

rPDATC=0x0; // 设置触发放音

rPDATG=0x50; // 置放音地址为 0x50;

编好的程序通过 JTAG 口下载到目标板。 系统上电后首先完成 ZY1420A 的初始化, 然后进入等待状态, 一旦某一路传感器检测到报警信息,即触发相关的语音信息段进行报警。

2 抗干扰处理

考虑到在强干扰时的系统稳定问题,所以要进行抗干扰处理。由于干扰脉冲属于窄脉冲,故可以通过 软件的方法滤去干扰。方法为:在接收到传感器报警信号时,至少保持 20 ms以上,ARM 才确认有报警发 生;也可以在 20 ms时间内进行多次检测直到多次检测的结果一致,才确认有报警发生。

3 结束语

本语音报警系统结构简单、音质优良、实时性好、成本较低,测试表明完全能够完成通常环境下的报 警任务。同时,通过适当调整,还可用于其它需要录放音的场合。另外,为了更方便的调度任务,系统可 加入嵌入式操作系统,这时只要加入 ZY1420A 的驱动程序就可以由操作系统来控制语音芯片报警了。

参考文献

[1] 周立功. ARM嵌入式系统基础教程[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2005:452.

Design and realization of voice alarm system based of ARM microprocessor WANG Yong-hong1,ZHANG Li-li2,DAI Xue-feng2,LIU Shu-dong2

(1.Heilongjiang Communications Corporation of China Network Communications Group Corporation,Harbin 150001, China; 2.Robot Institute of Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar,China

Abstract: The paper presents the principle and realization of voice alarm composed of EX44B0 board integrating ARM microprocessor and the voice chip ZY1420A. The advantages of this system are quick response , clean alarm, high credibility and simple circuit, etc.

Key words: ARM;ZY1420A;voice alarm

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/7f4997b2534de518964bcf84b9d528ea81c72fb5.html