1、    帶有語音功能的人行通道智能管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte    當(dāng)今社會(huì)的高速發(fā)展加快了城市化的進(jìn)程，隨

2、之帶來的人口密度壓力與日俱增，為了緩解這一現(xiàn)象，保證公共場所高密度人群高效、有序的流動(dòng)；人行通道智能管理概念應(yīng)運(yùn)而生，其對保證社會(huì)的平穩(wěn)高效發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文采用新一代高性能ARM處理器STM32為核心控制器，設(shè)計(jì)了一種智能型的人行通道智能管理與控制系統(tǒng)，并具有語音提示功能，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在人行通道中給予自動(dòng)的語音提示。為大型公共場所的出人人員提供文明、有序的通行方式，為有效地管理人員流動(dòng)提供了方便。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)    本系統(tǒng)主要包括核心控制模塊、語音模塊、信號輸入模塊、電機(jī)控制模塊、人機(jī)交互模塊、通道方向指示模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和電源管理模塊。且具有性能

3、可靠的安全保護(hù)和報(bào)警裝置。系統(tǒng)組成如圖1的框圖所示。    (1)STM32核心控制模塊：實(shí)現(xiàn)信號處理與協(xié)調(diào)控制。    (2)語音模塊：實(shí)現(xiàn)在人行通道中給予自動(dòng)的語音播報(bào)提示。    (3)信號輸入模塊：輸入信號主要包括刷卡信號、光電傳感器的定位信號、閘門定位信號、上位機(jī)通信控制信號等。    (4)人機(jī)交互模塊：包括鍵盤和液晶顯示。鍵盤顯示用來完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置以及動(dòng)作方式指示等。    (5)電機(jī)控制模塊：實(shí)現(xiàn)通道閘門的開放和關(guān)閉操作。

4、60;   (6)通道方向指示模塊：由LED點(diǎn)陣顯示進(jìn)出通道方向。    (7)串行通信模塊：采用串行RS 485接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的多機(jī)控制。    (8)電源系統(tǒng)模塊：主要包括正常工作電源、電源切換和蓄電池三個(gè)部分。整個(gè)電源系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)運(yùn)作，可以實(shí)現(xiàn)閘門斷電擺臂自動(dòng)擺開、上電自動(dòng)閉合，符合消防設(shè)計(jì)要求。    本系統(tǒng)分為兩個(gè)主要模塊：一部分為STM32微處理器的核心控制，另一部分為SPCE061A單片機(jī)控制的語音播報(bào)系統(tǒng)。    STM32微處理器核心控

5、制的工作過程為：刷卡信號、光電傳感器的定位信號、閘門定位信號、上位機(jī)通信控制等信號輸入，經(jīng)STM32采集后，控制電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)作，如遇到非正常情況，將啟動(dòng)報(bào)警和故障自檢功能，并且能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防夾、防沖功能，避免意外傷害。人機(jī)交互模塊可編程實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。    SPCE061A語音模塊的工作過程為：將要播放的信息先存入SPCE061A單片機(jī)中，當(dāng)行人的刷卡信號使閘門向左開或者向右開等控制操作時(shí)，STM32微處理器同時(shí)把這一信號送到SPCE061A中，使SPCE061A驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器播報(bào)相應(yīng)的信息。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21 核心微處理器STM32F103 

6、60;  本設(shè)計(jì)方案采用意法半導(dǎo)體(ST)公司的STM32F103微處理器，此處理器基于32位的Cortex-M3 RISC CPU，該內(nèi)核是專門設(shè)計(jì)基于滿足高性能、低功耗、實(shí)時(shí)應(yīng)用、具有競爭性價(jià)格于一體的嵌入式領(lǐng)域的要求。Cortex-M3在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的增強(qiáng)，讓STM32受益無窮；Thumb-2指令集帶來了更高的指令效率；通過緊耦合的嵌套矢量中斷控制器，對中斷響應(yīng)比以往也更迅速。此芯片的快速反應(yīng)能力、低功耗以及穩(wěn)定性，ST-M32F103對電機(jī)控制有強(qiáng)大優(yōu)勢，完全符合本設(shè)計(jì)的要求。圖2為STM32微處理器最小系統(tǒng)原理圖。22 SPCE061A語音控制器  

7、60; SPCE061A是16位nSPTM微處理器，內(nèi)置2KB SRAM；內(nèi)置32KB FLASH；可編程音頻處理；使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4Kbs)，能容納210 s的語音數(shù)據(jù)；7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器；聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制(AGC)等功能。圖3為音頻輸出模塊。23 電機(jī)系統(tǒng)231 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路    機(jī)系統(tǒng)電路是設(shè)計(jì)的重要部分，采用24 V直流減速電機(jī)，且需對電機(jī)進(jìn)行雙向可調(diào)速控制，因此功率驅(qū)動(dòng)電路采用MOSFET場效應(yīng)管IRF-9540和IRF540雙極性H橋型開關(guān)電路。由

8、于采用的驅(qū)動(dòng)電路屬于大功率驅(qū)動(dòng)電路，因此驅(qū)動(dòng)電路和控制電路之間需要電氣隔離，采用光電耦合電路來實(shí)現(xiàn)。電路中開關(guān)管有開通和關(guān)斷時(shí)間，存在互補(bǔ)的橋臂直通短路問題，這時(shí)會(huì)造成開關(guān)管發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀開關(guān)管。因此增加了組合門電路和軟件彌補(bǔ)修正死區(qū)時(shí)間的辦法。232 PWM控制    PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制，通常配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速，非常簡單，且調(diào)速范圍大，它的原理就是直流斬波原理。電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)兩端的電壓成正比，而電機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)得越快。利用STM32的定時(shí)器PWM模式產(chǎn)生所需要的

9、PWM波。3 語音合成    語音的合成采用SPCE061A把想要的聲音錄制下來固然可以得到相應(yīng)的音頻文件，但是受到錄音環(huán)境和麥克風(fēng)品質(zhì)的限制，用這種方法得到的聲音文件噪音大，不清晰，而且所占用的存儲(chǔ)空間大，不能長時(shí)間的錄制。基于上述原因本系統(tǒng)采用另一種方法獲得聲音文件。基本方式如下：首先使用軟件把要表達(dá)的信息由文字變?yōu)槁曇粑募黄浯螌Φ玫降囊纛l文件進(jìn)行修飾，比如音量的大小，語速快慢等；然后將音頻文件壓縮下載到單片機(jī)，這樣獲得的語音文件品質(zhì)高而且節(jié)省存儲(chǔ)空間。該方法的操作流程如圖4所示。    訊飛語音軟件是一款可以將文本信息直接轉(zhuǎn)換

10、為音頻信息的智能軟件。一般，語音轉(zhuǎn)換需要龐大的語音數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，而訊飛語音軟件只給用戶提供一個(gè)客戶端，如圖5所示，利用這個(gè)客戶端和已將文本通過網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺(tái)的服務(wù)器，后臺(tái)負(fù)責(zé)把客戶上傳的文本轉(zhuǎn)換為聲音再把聲音文件傳給客戶。這樣，不必下載龐大復(fù)雜的轉(zhuǎn)換軟件就可以在短時(shí)間內(nèi)把文字轉(zhuǎn)換成想要的聲音文件。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)    主程序流程圖如圖6所示。在程序的設(shè)計(jì)過程中，采用了模塊化的方法，首先設(shè)計(jì)主控程序，然后設(shè)計(jì)分模塊。系統(tǒng)啟動(dòng)后首先進(jìn)行初始化，對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，各個(gè)模塊檢測正常后系統(tǒng)等待行人的刷卡信號。當(dāng)有人刷卡時(shí)控制器會(huì)根據(jù)信號分析行人是要進(jìn)入還是要離開，如果有中斷，控制器會(huì)根據(jù)中斷進(jìn)行命令解析并控制電機(jī)動(dòng)作