电梯自动语音提示系统本科毕业论文(编辑修改稿)

电梯自动语音提示系统本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

人类必不可少的室内垂直运输交通工具。 电梯的发展也势必将更加高端化、智能化、人性化。 2 1 课题研究的背景 电梯自动语音提示系统研究的背景与意义 社会在进步，科技在发展，单片机技术的问世无疑推动了电梯行业进入新一波的发展潮流。 单片机技术与各种语言芯 片以及显示器的相结合使用，可以实现电梯的自动显示化、智能语言化。 自动显示楼并播报上下行状态、关门信号、当前楼层。 电梯的设计也因此而加人性化，人们的生活因此而更加多姿多彩。 电梯是室内交通必不可少的设备，随着电梯使用的普及，电梯已经不单单将运载作为唯一的目的了。 人们对电梯的智能语言化提出了要求，拥有自动语音提升的功能，能够播报上下行状态、楼层、关门信号，甚至还能插播广告宣传语或者对某层进行特色说明。 如“欢迎您光临某某商场、某某公司”、“请不要倚靠电梯门”等等。 目前大部分电梯厂家生产的电梯都只是以运载为目的，并 没有配置相应的自动语音提示功能。 因此，开发一种适用于各大建筑中，拥有自动语言提示功能的电梯是十分有必要的，它势必将占据未来的电梯市场。 电梯自动语音提示系统的发展现状 电梯作为室内的交通工具，已经成为重要的建筑设备而不可或缺。 随着计算机技术和电力电子技术的发展，现代电梯语音报站系统逐渐走向机电一体化。 针对人们普遍对电梯自动语言提示系统高端化、智能化的要求，目前国内的电梯公司自己制造和安装的电梯系统还不能完全实现这一目的。 高端化、智能化电梯自动语言提示系统的研发迫在眉睫。 近些年来，关税的降低推动了 国外电梯自动语音提示系统产品的进口，但同时也给国产电梯以及我国自主研发的一些高性能的、高质量的电梯零部件的出口提供了机会。 在国内，具有自动语言提示功能的电梯势必将会很有前景，不论是在国内还是在世界范围内也都将会有着很强的市场竞争力。 电梯自动语音提示系统设计的主要内容 本课题需要研究的内容有： （ 1） 根据系统的技术要求，进行系统硬件的总体方案设计； （ 2） 学习单片机的相关知识，并且加以运用； 3 （ 3） 选择适当的芯片，并对其内部协议有所掌握，便于应用； （ 4） 进一步熟悉 单片机 C 语言编程相应知识，并制定电梯自动语音提示系统的软件框图，最后用 C 语言编程加以实现； （ 5） 对软件和硬件进行调试，让其协调工作，完成指定任务。 本次设计的电梯自动语言提示系统 可分为单片机模块 、矩阵键盘模块、语音播报模块、 LED 模块四大主要模块。 矩阵键盘通过按下按键引起电平的变化实现工作参数的输入。 语音模块主要是播报电梯上下行状态和到达的楼层信息， LED 数码管显示器用于显示楼层的变化和最终到达的楼层数。 系统通电初始化，当键入触发命令后，系统会按照相应程序运行执行，完成对应功能，设定相应按键代 表相应楼层，当代表相应楼层的按键按下引起电平的变化，电平信号输入到 AT89C52， AT89C52经过处理后向语音模块发送当前语音段地址，进而调用语音播报子程序进行相应的楼层播报，同时调用 LED 的显示子程序显示相应的楼层变化以及最终到达的楼层。 本设计预想结果是接通电源后，系统进行重置复位：采用矩阵键盘键入输入信号到 AT89C52， AT89C52通过信号采集，进行信号处理对 LED 模块和语音模块同时分别输出信号，实现自动语音提示的功能。 本次设计采用单片机（ AT89C52）作为核心元件，利用 VS1003 语音模 块和 LED 显示来模拟电梯自动语音提示系统，实现电梯的自动语音提示功能。 具体内容如下： （ 1） 接通电源，系统复位。 （ 2） 将矩阵键盘按键按下与否引起的电平变化信号输入到 AT89C52， AT89C52 通过信号采集，进行信号处理。 （ 3） AT89C52 对 LED 模块和语音模块同时分别输出信号。 （ 4） 协调器能够接收控制平台发送的指令信息，并进行数据处理，判断需要完成的各种动作。 （ 5） 采用 AT89C52 单片机处理信号向语音芯片发送当前语音段地址，采用语音模块的 SPI 串行接口进行串行通信，利用软件部分找出楼层的信号和电梯上 /下行状 态并进行语音播报。 4 2 系统 总体设计 系统构成框图 图 21 系统构成框图 结构功能图说明：通过接通电源后，进行重置复位；通过将矩阵键盘按键按下与否引起的电平变化信号输入到 89C52 单片机，单片机通过信号采集，进行信号处理，然后输出信号到 LED 模块和语音模块，实现相应功能。 本次设计的电梯自动语言提示系统是通过按键按下控制实现电梯的上下行和指定的目标楼层。 LED 显示模块是显示当代表目标楼层的按键按下时，从当前楼层到指定楼层的楼层数变化并最终显示 指定到达的楼层数。 系统上电后， LED 显示器初始显示 1。 这里，我们将分别代表 l 楼到 8 楼的 8只按键开关 K1～ K8 依次接到本次所要用到的单片机 Pl 口的 8 只引脚上。 当按下代表某一楼层数的按键时，例如按下按键‘ 8’， LED 数码管显示屏将从当前位置‘ 1’向上的变动显示到指定楼层的位置‘ 8’。 并且语音模块也会相应的播报从一楼到八楼的上行的状态和最终到达的楼层八楼。 音频设备的音频输出为“电梯上行，电梯已到八楼”。 如果再次按下按键‘ 3’，同理，音频设备的音频输出则为“电梯下行，电梯已到 3楼”。 用 P2口做 8*8 点阵的行选通 ， Pl口完成按键的读取及确认。 89C52 信号采集 LED 显示模块 键盘 语音播报板块 电源 复位 5 总体设计思路 单片机系统具有集成度高、体积小、控制能力强、成本低、高可靠性、灵活的结构、超强的抗干扰能力等显著的特点，同时在结构和指令的设置上均有独特之处，异于产品化； VS1003 语音芯片是一个高质量的、完全集成、单片多消息语音记录和重放装置，能单独的模拟、数字和 IO 供电电源；串行的数据和控制接口（ SPI），使用于各种电子系统。 目前世界上单片机产品多达 50 个系列， 300 多种型号。 有 Intel 公司的 MSC51系列， PIC 系列等八位的单片机，还有 Intel公司的 MCS96 系列的 16 单片机系统。 作为学习阶段的设计者在选取 MCS51 系列单片机芯时，应当不仅要考虑成本，还应当考虑到单片机的集成度问题，应选用集成度较高的微型处理器。 89C52 是一款低电压、高性能的 8 位单片机，片内含有 4KB的反复擦写程序，还含有一个大小约为 128B 随机存取数据存储器（ RAM)。 由于本次设计的电梯自动语音提示系统的软件部分主要是实现控制操作和过程提示，并没有很大的数字计算职能，所以本设计的电梯系统软件部分编程采用 C 语言，单片机 89C52 拥有 8K 的程序存储区间，可以满足软件存储空间需求。 本设 计最终选取 89C52 作为核心中央控制模块， VS1003 MP3 语言芯片作为语言模块， LED数码管显示器作为显示模块，通过以上三大模块协调作用来模拟电子自动语言提示系统，实现电梯上 /下状态播报、楼层播报、楼层数变动显示和指定楼层数显示的最终结果。 6 3 系统硬件结构设计 硬件的设计主要围绕电梯的自动语音提示功能实现，在保证整个系统在运行过程中的稳定性、安全性的基础上考虑一下生产的经济性。 系统硬件组成包括操作部分（独立键盘、复位电路）；执行部分（ LED 显示电路、语音播报电路）组成。 （ 1） 显示电路：主要显示所要到的楼层和楼层变化，用来模拟电梯运行情况。 （ 2） 按键键入：八个楼层按键操作控制整个电梯自动语言提示系统并作为系统的信号输入。 （ 3） 语音播报：用来负责播报所到达的楼层号及相关提示信息。 （ 4） 复位电路：上电自动复位。 单片机系统 单片机简称微型计算机，现代生活中，从通信设备、家用电梯、办公应用到工业控制、仪器仪表、汽车电子、航空航天，单片机的应用几乎涵盖于整个电子电工行业，自单片机问世以来，单片机的用量在短短几十年间逐渐呈现天文数字的增长。 现如今， 单片机技术仍在不断发展，现在单片机市场上拥有种类繁多、功能各异的各种单片机。 Intel 公司的 MCS51 系列 8位单片机结构完善、功能丰富、体系开发，因而一直被人们所看好。 众多半导体厂商（如 Atmel、 Dallas、 Semi、 Infineon、Philips/Sigics 等）获得 Intel 公司的授权后，在保持代码兼容性的前提下，融合各自先进技术，针对不同市场需求，在时钟、存储器、定时器 /计数器、 I/O 接口、串行总线控制等方面进行了改进、裁剪；使其可以被应用于任何实际产品中，而不受其外形的限制。 本设计采 用 AT89C52 单片机作为系统的主控制芯片，它拥有 4K 字节闪烁存储器， 128 字节随机存取数据存储器， 32个 I/O 口， 2 个 16 位定时 /计数器， 1个 5向量两级中断结构， 1个串行通信口、片内震荡器、时钟电路。 AT89C52 引脚图如图 31所示： 7 图 31 AT89C52 引脚图 VCC：电源电压； GND：接地； RST：复位输入； ALE/ ： ALE 的主要功能是输出脉冲用于锁存地址的低 8位字节； EA/VPP：外部访问允许； P0口： P0 口为地址 /数据总线复用口； P1口： 8 位双向 I/O 口， 内部包含一个上拉电阻； P2口： P2 口接收高位地址和其它控制信号； P3口：为一个 I/O 口，更重要的用途是它的第二功能； XTAL1：既可以作为 反相放大器 的输入端也可以作为 时钟发生线路的输入端 ； XTAL2：可以作为 反相放大器的输出端 ； 本次设计用到的单片机模块图如图 32 所示： 8 图 32 单片机最小系统模块图 单片机系统由主芯片，复位电路和晶振脉冲电路三大部分组成。 本次设计用到的单片机芯片（ AT89C52)拥有一个 64kb 的 外部数据 存储器 寻址空间 、 双列封装 ，由3节 干电 池串联组成的 +5V 电源 直接 供电。 CPU： 中央处理器， 由运算 器、 控制 器、 中断系统 和部分外部 特殊功能寄存器组成。 CPU 是单片机的核心，用于实现运算和控制功能。 内部 RAM： 低 128个字节作为内部数据储器，用于存放运行期间的数据。 高 128个字节为特殊功能寄存器。 一般得计算机系统中，外部接口电路的寄存器是 分布在各电路本身，而在单片机系统中，由于把接口电路也在集成到一个芯片内部，所以可采取统一编址、集中控制的方法。 内部 ROM： MCS51系列中的 8051芯片有 4KB 的掩膜 ROM，可以存放程序、常数或表格，称为程序存储器。 当前，常用的单片机内部 ROM 的容量在 1到 64KB 之间，而且多为 Flash 存储器。 I/O 口： 由 四个 8位 的 并行 I/O 口 组成 ，既可用作输入，也可用 于 输出； T/C： 由 两个定时 /记数器 组成 ， 拥有定时和记数两种工作模式 ； 9 本次设计的开关控制模块如图 33所示 ： 图 33 开关控制模块 本次设计的电 梯自动语言提示系统是模拟一个八层建筑中升降电梯，故采用八个按键依次用于代表显示建筑中的 1 到 8 楼。 系统上电后默认为电梯在 1 楼，也就LED 显示初始值为 1，当按下代表某一楼层的按键，如按下按键 5， LED 显示屏上的楼层数字会从 1变化到 8，并且最终停留在 8 楼。 语言模块播报电梯上行状态，并播报电梯已经到达 8 楼。 89C52 实物图如图 34所示： 图 34 89C52 实物图 10 LED 显示模块 显示模块主要显示的是从当前楼层数到指定楼层数之间的变动过程以及最终到达的指定楼层数。 LED 显示器是利用二极管的发光原理 来显示所设定的内容。 LED显示屏显示醒目、价格便宜、动态简洁、重点突出，被人们广泛应用，几十年来一直被人们所追捧和喜爱。 LED 点阵外观图如图 35所示： 图 35 LED 点阵外观 本次设计用到的 LED 显示屏是由 64个发光二极管严格排列按照 8*8的行列规则组成的点阵显示屏体。 如图 36： h1h2h3h4h5h6h7h8L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8IO 图 36 LED 点阵内部结构 11 如图 36 所示的发光二极管， 64 个发光二极管都是放置在行和列相交的节点上， 行接高电平即 行置 0电平 ，列接低电平即 列置 1 电平 ，二极管导通发光。 语音模块 本设计主要选用 VS1003 MP3 芯片作为语音模块的核心。 VS1003 是一个多功能的从 MP3 和 WMA 解码芯片，更换终止 VS1002。 它可以记录宽带语音质量的音并且播放 MIDI。 它具有如下特点： （ 1） 解码 MP3（ MPEG 1amp。 2 音频层 III）（ CBR + VBR + ABR）， WMA （ 5384kbit / s 的）， WAV（ PCM + IMA ADPCM）。 MIDI / SPMIDI 文件。 （ 2） 对输入的音频信号进行 IMA ADPCM 编码。 （ 3） 从麦克风或线路输入编码 IMA ADPCM。 （ 4） 流媒体支持。 （ 5） 低音和高音控制。 （ 6） 使用一个 12 13 MHz的时钟。 （ 7） 内部 PLL 时钟倍频器。 （ 8） 低功耗运行。 （ 9） 高性能。 （ 10） 独立的工作电压和独立的 I/O 口。 （ 11） 自带一个片 上 RAM、串行控制和数据接口 VS1003 性能良好、价格实惠，还带有高品质的片上立体声 DAC，没有通道之间的相位误差。 可以用来作为一个从属协处理器，针对特殊应用的 SPI 闪存启动，特殊应用的 SPI Flash 引导， UART 用于调试目的，新的功能可被添加与软件和 GPIO引脚。 VS1003 实物如图 37所示：。