单片基础技术 9

项目七

智能大棚“语音提示系统”项目七

智能大棚“语音提示系统”项目简介0在本项目中，采用广州唯创公司的WT5001模块为语音源，由STC12C5A60S2单片机做为控制器，在农业大棚生产中，监测卷帘机、喷淋、通风等设备，设备无动作时，播放无线电台发出的农业生产常识等语音，当设备动作时，根据不设备的不同动作，插播相应的语音提示，以指导农民进行生产，防止设备动作给工作人员带来的误伤害。项目七

智能大棚“语音提示系统”项目背景1

在现代农业中，大棚的应用越来越广泛，不仅让冬天的农闲变成了农忙，而且给农民也带来了可观的经济效益。随着生产技术的提高，大棚的粗放生产模式也逐渐提高到了精确生产模式。大量的科技产品应用到农业中，比如自动卷帘机，自动喷淋设备，自动滴灌设备等，减轻了农民的劳动强度，提高了生产效率。

但是新设备的使用有时也会给人们带来误伤害，例如，在大棚的智能控制中，自动喷淋设备是根据大棚的温度和湿度自动进行的，如果喷淋头动作时，人们来不及躲闪，就会被淋湿；当自动加温装置加温时，如果在大棚中进行农业操作的人没有注意到，就会引起烫伤等等。如果能够在这些设备在动作前进行相应的语音提示，引起人们提前注意，就可以避免这类伤害的发生。

在一些没有自动执行设备的大棚中，人们则可以根据语音提示，进行放风，除湿等操作。项目七

智能大棚“语音提示系统”项目分析2在智能大棚“语音提示系统”中，要解决以下几个方面的问题：1．语音提示的产生不同的设备的动作要有不同的语音提示。在本项目中，我们把语音数据存在语音提示单元的SD卡中，这种设计方法提高了产品的通用性。不同的项目，只要向SD中复制不同的语音提示数据即可，硬件电路、程序等不用修改。2．事件的实时采集与响应在实际生产中，各种设备的动作可能同时进行，所以要求产品具有良好的响应性。在本项目设计中，我们采用中断的方式加以解决。因为MCS-51系列的单片机的外部中断源只有2个，不能满足需要，所以，在电路设计中扩充了中断源，并增加到了12个。项目七

智能大棚“语音提示系统”项目分析23．语音源的切换在大棚的生产中，为了缓解人们的疲劳，提高生产效率，语音系统会播放一些农业生产常识或者音乐(广播语音源)。当设备动作时，就要停止播放当前语音而插播相应设备动作的语音提示。

在电路设计中，我们通过继电器来实现语音源的切换：触点公共端接音箱，常闭触点连接广播语音源，常开触点连接语音模块(WT5001)音频输出。当设备动作时，由单片机控制继电器通电动作，使常开触点与公共端连接，音箱播放语音模块(WT5001)的音频数据。其余时间，语音系统播放广播音源的内容。项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计31．语音播放电路部分

在语音播放电路中，采用的是广州唯创科技有限公司生产的WT5001模块，WT5001模块采用WT5001-48L控制芯片，支持WAV和MP3语音格式编码，带有一个标准的UART异步串行口，可在线下载音乐或者通过TF卡或U盘更换音乐文件，具有掉电记忆功能。（1）模块引脚排列

WT5001M02模块引脚排列如图7-1

所示图7-1

WT5001M2模块引脚图项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（2）引脚功能WT5001M02引脚功能如表7-1

所示。

项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（3）串口通讯控制协议1）协议命令格式

模块串行通讯控制命令由起始码、长度、操作码、参数、结束码等五部分组成，其中起始码和结果码均为“0x7E”起始码长度操作码参数结束码2）指定SD卡文件播放。此命令可以指定SD卡中文件进行播放，不受文件存放的顺序影响。起始码长度命令曲目高位曲目低位结束码7E04A000017E注意：“长度”是指长度+操作码+参数的长度。项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计33）暂停播放。

第一次发送该指令，则暂停播放音乐，再次发送该数据，则从暂停处继续播放音乐。起始码长度命令结束码7E02A37E4）音乐停止。发送该指令，停止播放当前正在播放的音乐。起始码长度命令结束码7E02A47E5）播放下一曲命令。该指令能够触发播放下一曲音乐，在播放第一曲音乐时，发送该指令可触发播放最后一曲音乐。起始码长度命令结束码7E02A57E项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计36）播放上一曲命令。该指令能够触发播放上一曲音乐，在播放最后一曲音乐时，发送该指令可触发播放第一曲音乐。起始码长度命令结束码7E02A67E7）音量控制命令。

音量等级共有32级，分别为00～31，其中00为静音，31级为最大音量。

本条指令可以实时修改调节音量，音量可以掉电记忆。起始码长度命令音量等级结束码7E03A71F7E项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计38）组合播放命令

组合播放就是可以连续发送10组及以下的音乐组合的码给WT5001M02，模块根据收码顺序把音乐依次播放出来。与直接发文件名控制播放音乐不同的就是一个音乐没有放完之前下一个码不会把它打断，收到命令后做先进先出（FIFO）处理。

例：WT5001M02连续收到“7E04A800087E”、“7E04A800067E”、“7E04A800077E”、“7E04A800047E”、“7E04A800037E”、“7E04A800027E”6组数据后，WT5001M02会依次指定播放SD中文件名为“0008.mp3”、“0006.mp3”、“0007.mp3”、“0004.mp3”、“0003.mp3”、“0002.mp3”的6个音频文件。起始码长度命令曲目高位曲目低位结束码7E04A800017E项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计39）指定播放模式命令起始码长度命令参数结束码7E03A900：单曲不循环播放模式(默认)7E01：单曲循环播放模式02：所有曲目循环播放模式03：随机模式

在没掉电的情况下，本指令可以修改播放模式，但是掉电后播放模式会恢复到iSOUND.mp3文件里面配置的模式。所以建议单片机对模块WT5001初始化的时指定播放模式，实现每次上电都能按已设置的方式执行。项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（4）语音模块电路设计

语音模块在电路中的连接下图7-2所示：图7-2

语音模块部分电路图项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计32．事件检测部分

为了提高系统的响应性，在事件检测部分采用中断的方式，当某设备动作后，单片机系统立即引起中断，在中断程序中将端口的状态记录下来，并设数据分析标志，在主程序中根据不同设备动作，播放相应的语音提示。

单片机STC12C5A60S2的外部中断引脚只有两个，而无法满足实际的需要，因此，本项目采用2片74LS06芯片进行中断源的扩展，将两芯片共计12路进行输出并联组成“线与”电路，当12信号中任意一路信号变化时，均可引起单片机进入中断过程，同进将12路信号分别与单片机的12个I/O口相连，单片机再根据I/O口的状态检测出是哪一路输入引发的中断，从而进行相应的语音提示。项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（1）74LS06结构及引脚功能74LS06是集电极开路的六与非门电路，其引脚排列如图7-3所示。图7-3

74LS06芯片项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（2）事件检测部分的电路设计

模块中事件检测部分的电路图如图7-4所示。图7-4

事件检测部分电路图项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计33．语音源切换部分

在设备不动作时，模块应播放由上位机电台发出的农业生产常识或音乐等语音，当设备动作时，根据动作的类型，播放相应的语音提示。因此，在电路中语音切换部分由两个继电器来完成：一个继电器完成语音的切换，另一个继电器完成语音播放控制信号的切换。

（1）继电器

由于单片机的工作电源为DC5V，在继电器选型时也选用工作电压为DC5V，具体型号为JQC-3FF5VDC-1ZS其外形及逻辑图如图7-5所示。图7-5

JQC-3FF5VDC-1ZS

继电器项目七

智能大棚“语音提示系统”硬件电路设计3（2）语音切换部分电路语音切换部分电路如图7-6所示。图7-6

语音切换部分电路项目七

智能大棚“语音提示系统”软件设计41．编程思路事件驱动式语音提示模块程序采用模块化设计，以减小程序设计的复杂性，提高程序设计效率。（1）采集程序模块

当外部设备动作引起中断后，程序立即进入中断服务程序，为了保证后续其它事件也能及时响应，在中断程序中只设置相应标志，事件的判断在主程序中调用相应的程序进行。事件检测流程图如图7-7

所示。图7-7

事件检测流程图项目七

智能大棚“语音提示系统”软件设计4（2）语音播放程序程序模块

在本项目中单片机STC12C5A60S2是双串口单片机。为提高模块的可扩展性和实现ISP在线编程应用，串口1作为上位机通信使用，串口2作为与语音模块通信接口使用。语音播放程序流程图如图7-8所示。图7-8

语音播放程序流程图项目七

智能大棚“语音提示系统”软件设计42．参考程序部分源程序如下所示，以供参考。项目七

智能大棚“语音提示系统”系统调试51)智能大棚“语音提示系