基于AT89S52和ISD1760的水闸语音报警系统设计

摘要：为避免水闸附近渔船在水闸开闸放水时被上游的水冲走，设计出一种水闸语音报警系统。该系统基于单片机AT89S52和语音芯片ISD17 60，在开闸前10分钟，通过系统的通信模块接收远程水闸控制中心发送的指令，判断指令的种类，给予相应的报警提示，同时控制水闸上方的报警指示灯闪亮，通知水闸附近的船只迅速撤离到安全水域。在巢湖市裕溪水闸实际应用中，该系统能够稳定地工作，有效地减少了水闸附近渔船发生危险的事故数，达到了避免不必要的伤亡和损失的要求。
关键词：语音报警；ISD1760；AT89S52；水闸

随着水利管理现代化的提高，水闸远程自动化控制逐渐普及。由于闸室采用无人值守运行方式，水闸开闸放水时，存在下游渔船被放水冲击而翻船，上游船只被水流带人到闸孔中的安全隐患。
为了避免上述危险情况的发生，需要设计一个水闸开闸报警系统。传统的语音报警系统通过语音合成技术实现语音报警，但这样的报警系统实时性和可靠性较差，而且系统也比较复杂，不适用于对实时性和可靠性要求很高的水闸报警方面。现在市场上有很多报警系统，虽说性能较好，但其技术复杂，价格昂贵，且不易安装和操作，而现在的单片机技术比较成熟，价格也比较低，所以采用单片机的语音报警系统能够很好地平衡价格和性能，具有很高的实用性。因此本文提出了一种基于单片机和ISD1760的水闸语音报警系统，目标就是设计一种简单实用易于操作而且可靠性较高的以单片机为控制芯片的自动报警装置。
本系统具有录制和播放报警信息功能，在开闸前10分钟，通过通信模块接收远程水闸控制中心的报警命令，自动播放报警提示，同时控制水闸上方的报警指示灯闪亮，通知水闸附近的船只迅速撤离到安全水域。

1 系统组成
水闸语音报警系统利用单片机作为控制中心，由核心处理模块、通信模块、录放音模块、音频放大模块等组成，系统结构如图1所示。

2 系统硬件设计
2．1 核心处理模块
核心处理模块是水闸语音报警系统工作的核心，它不仅要对语音录放进行控制，还要向计算机发送开闸指令。核心处理模块主要由单片机，键盘，显示电路等组成。其中，单片机是核心处理模块的核心部分，其主要任务是配合软件来实现语音的录放功能、控制和调度其他模块正常工作、向水闸控制中心发送开闸指令等工作。从水闸语音报警系统功能需要、性价比、程序的数据量和接口电路等多方面考虑，本设计选用ATMEL公司的AT89S52单片机作为控制器的核心。
显示电路主要包括液晶显示和指示灯显示。本模块中为了体现系统友好的人机界面，便于查询时间，输入控制参数，本设计采用独立式键盘来进行系统控制参数修改，并通过LCD1602来显示。本设计中LCD1602主要显示以下几个部分：当前距离开闸所剩时间；当前语音芯片的工作状态：开闸倒计时时间的设置。
为了能够更有效地让附近水域的渔民注意到报警信息，在水闸上方高处设置一个大的指示灯，当开始语音报警或者人工示警时，指示灯闪亮，这样水闸附近水域的人都能看到指示灯在闪亮，就知道此时在报警通知他们迅速离开。
2．2 语音录放模块
语音信号是模拟量，语音芯片存储播放声音的基本方式为：声音-模拟量-A／D-存储-D／A-模拟量-播放，采用此方式的语音芯片外围电路比较复杂，声音质量也有一定的失真，不适用于对实时性和可靠性很高的水闸语音报警方面；而另一类语音芯片采用E2PROM存储方法，将模拟语音数据直接写入半导体存储单元中，不需要另加A／D和D／A变换电路，使用方便且语音质量很自然，语音芯片ISD1760就是这种芯片的典型代表。
ISD1700系列录放芯片是一种高集成度，高性能的芯片。它可以多段录音，采样率在4～12k间调节，供电范围可以在2.4～5.5V之间。 ISD1760系列录放芯片可工作于独立按键模式和SPI控制模式。芯片提供多项新功能，包括内置专利的多信息管理系统，新信息提示，双运作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片内部包含有自动增益控制、麦克风前置扩大器、扬声器驱动线路、振荡器与内存等全方位整合系统功能。芯片内的存储管理系统可以管理多段语音，这样在独立按键模式下也能进行多段语音录放。录音数据存储在芯片的FLASH内，没有经过任何压缩，所以有较好的音质和断电存储。
语音录放电路如图2所示，语音录放模块电路采用按键工作模式，使得录放电路非常简单，且功能强大。不仅有录、放功能，还有语音擦除、音量控制、直通话音和复位等功能。按下REC键，REC管脚电平变低后开始录音，直到松开按键使电平拉高或芯片录满时结束。录音结束后，录音指针自动移向下一个有效地址。而放音指针则指向刚刚录完的那段语音地址，放音操作有两种模式：边沿触发和电平触发，都是由／PLAY管脚触发，在本设计中，放音操作采用电平放音模式，通过单片机控制PLAY管脚电平持续为低，芯片内所有语音信息播放出来，并且循环播放直到PLAY管脚电平拉高。