基于TTS模块的超声波障碍物检测语音播报系统设计

1．3 XF-S4240语音合成模块及其电路设计
①XF-S4240语音合成模块简介
语音合成技术，简称TTS(Text To Speech)技术，用于解决如何将文字信息转化为声音信息，从而使得人们获取信息的方式更加丰富和自然。语音合成技术在国内外发展迅速，在我国，语音合成技术的研究也已逐步从理论向研制开发方面发展，其应用领域十分广泛，技术也日趋成熟。目前，在嵌入式应用领域，最具代表性的有：科大汛飞XF-S4240和XF-S4041CN及宇音天下的SYN6288。
本系统中选用的语音合成模块为科大讯飞的XF—S4240嵌入式中文语音合成模块。该模块支持GB2312、GBK、BIG5及UNICODE四种内码格式的中文文本，同时提供英文字母的合成，支持男／女声发音，并可灵活地调节语速、语调及音量。
②XF—S42401通讯方式
XF—S4240支持异步串口(UART)、SPI和I2C通讯方式，允许发送数据的最大长度为1K字节。
串口通讯模式：波特率：9600 bps(默认值)，起始位：1bit，数据位：8 bits，停止位：1 bit，校验：无。
SPI通汛模式：采用4线全双工同步串行通讯接口，工作在Slave方式，若SPI通讯接口使用SSEL选择使能信号，则可同时挂接多个设备。
I2C通讯模式：采用标准I2C总线接口，工作在Slave方式，在I2C总线上也可同时挂接多个设备。
③XF-S4240控制命令
XF—S4240提供了多种语音合成控制命令，如：合成命令、停止合成命令、暂停合成命令、恢复合成命令；通过状态查询命令可查询当前模块的工作状态；而休眠命令则可置模块于休眠方式以降低功耗。针对上位机发出的不同控制命令帧，XF—S4240模块会向上位机回送单字节的反馈信息。此外，通过模块输出引脚RDY／BSY的电平变化，借助硬件电路也可识别模块当前的工作状态。
④语音合成电路设计
语音合成系统设计如图2所示。语音模块借助SPI接口与单片机连接，由硬件RDY引脚指示模块的工作状态，与单片机的INT1引脚相连。当该引脚处于低电平时，表明板卡处于空闲状态，可接收进一步的命令。音频功放电路则采用LM368音频放大器，输出端可直接驱动扬声器。
1．4 其它模块电路设计
①LCD显示电路
本设计中使用一片1602字符形LCD模块作为系统的显示输出，提供操作指示及距离信息的显示功能，参见图2。
②按键接口电路
本设计中使用若干按键作为系统操作的输入接口，可供用户选择相关信息进行显示或设置内部信号变换的标度参数，参见图2。
③电源处理电路
本设计中电源使用4．2 V锂电池供电，以方便便携式应用。而XF-S4240还需采用3．3 V供电，为此选用AMS1117—3．3V LDO器件实现电源变换，因篇幅所限，此部分电路略去。

2 软件系统设计
系统主程序框图参见图5。程序首先对单片机各IO端口、中断系统、定时器等外部设备进行初始化，随后进人工作循环。依次周期性通过超声发送换能器发送超声脉冲信号，并通过超声接收换能器探测经障碍物反射的回波信号，同时通过DS18B20测量环境温度，以实现对超声传播速度的实时补偿，从而确定目标障碍物距离。之后更新LCD显示，并将相关信息送TTS模块以语音方式播报，最后读取用户按键信息，完成相关功能操作。

语音合成程序的框图则如图6所示。单片机首先判别语音合成模块是否处于就绪状态，若是，则依次发送帧头、字节总数、语音合成命令码、语音合成格式控制码及待合成文本，语音模块将随后依所设命令完成TTS转换。

3 结束语
本系统将超声波传感器、智能TTS语音合成功能有机结合，为非接触式距离测量及相关应用提供了一种新的模式。系统价格适中、结构紧凑，功能强大，有着良好的实用价值。文中对系统各个部分的硬件电路和软件实现进行了详述，本系统的设计思想及技巧还可为其它相关产品的设计制作提供借鉴。