公交语音播报调试第四天

任务书

公交报站器由控制模块STC89C52单片机作为控制核心，硬件电路分为12864液晶屏、ISD1730语音芯片、温湿度传感器和红外传感器等模块。该系统的功能是：首先可以通过八个按键实现“上行报站”、“下行报站”、“语音重播”、“报站器复位”四个功能以及完成时钟参数设置等功能，其次可以实现站点信息语音组合播报和温湿度检测及相应提示；最后可以通过红外传感器自动感应公共汽车是否到达站台，检测到站台后，自动触发报站器语音播报站点信息，和提示语信息。

开发思路：

这个系统的设计需要完成硬件平台和软件平台的搭建，主要的一个特点是涉及的外设比较多，所以对于程序部分的逻辑设计显得尤其重要，另外使用的51单片机，所以性能不一定够用，其内部的资源也确实少的可以，

硬件平台：

根据题目的要求，我打算采用以核心板为中心，分别通过外部引线的方式，将不同的模块进行连接，实现这个系统的功能，也就是最后会将各个模块用杜邦线的形式进行连接，因为考虑到任务的时间太短，不能实现最高程度的集成化设计，所以打算采用选用模块化设计。

note：初步的设想是有两个比较重大的节点，如果程序调试进展顺利，在时间允许的条件下，我会选择使用PCB做一个底板，将所有的模块放在一个板子上；但是如果程序调试不顺利，那我会把时间更多的分配到功能的实现上，而不是做系统的美化处理上。

需要购置的模块：

Stc89c52核心板:
担心内部资源不够使用，时序满足不了外设的执行过程，从而影响系统的实时性。提到这个实时性响应，总结一下，一般提升系统实时性响应的方式有如下三种：
- 第一种是最简单粗暴的方式，直接更换高性能的CPU，爱玩游戏的同学不都是这么搞的嘛
- 第二种是在程序中加入中断，将一些关键性的操作，放在中断中完成，但是也不能在中断中持续操作，因为有可能会因为操作时间过长，而干扰下一次的中断触发。
- 第三种方式是主动降低程序中不需要时时响应的部分，即降低程序的刷新率。比如：OLED屏幕中长时间不变的部分，温湿度采集的数值，GPS的信号等，均可以降低到一分钟刷新一次的速度。
  
  note:那该如何降低刷新率呢，这个非常简单，就是在程序中加入一个标志位，在执行以前，先判断标志位是否达到了设定的值，达到后，才开始执行程序，这个标志位也可以理解为知道目前整个系统已经执行了多少次。

Oled显示屏： iic接口（2个）
对于这个模组，可以通过对汉字的取模，来实现对对汉字的显示。
矩阵按键模块：实现扫描显示（占用的引脚数目至少是8个）
这个模块特别占用引脚数目，单纯不走协议的话，对于4*4的引脚，需要至少8个引脚，来完成电平信号的识别，需要自己对采集的数据进行编码，才可以完成按键键值的确定。（家里有）
rtc时钟模块：iic接口（2个）
根据刚才查阅的资料可以知道，它需要注意的就是对于任务书中的星期的处理。剩下的也都还是可以的。（家里没有）
ds18b20: spi接口(2个)
这个算是一个可选的方案，对于比较老套设计方案，或者当前的单片机开发板上都是板载的资源。通过一个spi接口，需要两个引脚接口来完成对于数据的采集。（家里也有）
温湿度模块：iic接口（集成化的一个温湿度采集模组）（2个）
这是我第一次发现的模块，可以一次性完成湿度和温度的数据采集，需要调研的就是对于数据的采集和处理过程。（家里没有）
语音播放模块:串口接口（2个）
经过调研，已经知道这个模块使用的文字转语音模组，可以通过串口将需要说的文字，转化为语音播报。（家里也有）
红外传感模块：（1个）
需要占用一个引脚，当检测到外部的障碍物后，发送一个高电平，所以需要配置一个引脚作为外部输入检测。（考虑使用外部中断引脚）来提升系统的响应速度。（家里有）

系统框图

器件选型

红外模块：常规的模块资料有一个普通IO
OLED显示屏：带有IIC接口的模块（手头没有）资料有 IIC接口
4*4矩阵键盘：普通的4乘4矩阵键盘资料有八个普通IO
RTC时钟：PCF8563T带有IIC接口（手头没有）资料有 IIC接口
语音播报模块：中文TTS文字转语音模块（这个是重点啊。。）资料有串口接口
温湿度采集模块：GY-SHT30-D带IIC接口的模块（手头没有）资料有 IIC接口
电源模组：带有至少5路以上的3.3V和5V的电源模块（手头有一个，再买一个备用）

经过反复的更正和设想，暂时性完成硬件的选型和设计规划，对于资料也已经收集的很多了。感谢普中的前期工作：

普中开发板

软件调试

开发环境：

keil4软件
串口调试助手

软件设计思路：

分模块单独进行模块的调试，一方面是验证模块的功能性，另一方面是是按照任务书的要求，对模块的独立程序进行探索性开发，预期是达到和任务书的数据接口类型相一致的设计目标。具体的执行计划如下安排：

1）第一步先基于单片机开发板完成初步的功能验证，寻找最优布局和合理的程序架构，因为用开发板，初期不用兼顾硬件的接触不良这个问题。在程序设计中，优先调试逻辑部分，通过串口打印输出需要显示的内容，然后才是通过外设进行脱机处理，比如显示屏显示啊，语音播报等。

（1）串口通信（语音播报）

目前已经可以成功发送字符串了。

51单片机实现字符串的打印输出，在程序实现上是在考验对于C语言中对于字符串操作的部分的理解和掌握。因为串口每次只能发送一个字节（按照编码，一个汉字是采用两个字节进行编码），所以需要先定义一个字符串数组，然后进行发送，需要注意的一点是，字符串的结束标志是‘\0’，当发送函数检测到结束符时，则结束发送。

按照任务书的要求，可以通过定义不同的字符串，从而实现不同的语音播报，具体在程序中则是通过发送不同的字符串，来实现不同的语音播报。

语音信息的数据类型：

起步阶段
- 车辆起步请扶好站好注意安全
- 请主动给老弱病残让座
到站阶段
- 站点信息+到了
- 请依次从后门下车下车请注意安全
  
  note：站点信息包括8个站点，打算用ABCDEFGH +站代替。
突发状况
- 当前温度过高请注意防暑降温

下图是语音播报模块的管脚定义：

note：管脚中需要注意串行通信中主从机的TX和RX管脚要交叉连接才可以正常通信。如下图所示：

另一个需要注意的问题是，当前单片机串行通信采用的波特率是4800，而语音通信模块的串行通信波特率要求是9600才可。

又有一个灵感，我可以直接用串口助手，对语音模块进行调试呀。试试呗，争取今晚能听到响！！！

（2）矩阵键盘

上图是矩阵键盘的原理图，在程序中，先进行列扫描，设置键值为0~3，然后再进行行扫描，发现每一行的加4.从而通过确定列和行，得到最终的键值。然后根据键值的不同，实现不同的功能。比如任务书中的上下行切换，重复播报，初始化。

在程序中加入按键释放功能，其意义是确定只有当按键释放后，程序才接着往后执行。

目前总共有16个按键，根据任务书的要求，对不同的键值的功能分配如下：

键值0

主要是实现站点信息的上行播报功能，已经完成了调试，符合任务书要求。

从图中可以分析得出，所谓上行，就是从A站到H站，进行循环执行。

键值1

主要是实现站点信息的下行播报功能，完成了调试工作，符合任务书要求。

从上图中可以发现，所谓下行，就是站点信息从H站到A站进行循环执行。

键值2

主要是当前站点信息语音的重复播报

站点语音信息进行重复播报，如图所示，当前站点是G站，并且通过按键，对G站进行了4次播报，并且在完成了重复播报后，程序依旧正常进行下一个站点的信息播报。

键值3

主要是实现对站点信息的复位，暂定从初始位置开始播报语音

如图所示，当按下初始化站点信息的时候，无论当前执行到何种站点，程序会把站点信息复位到A站。从上图我们也可发现，共进行了两次复位操作。

键值4

实现时钟显示中对年的加操作
键值5

实现时钟显示中对年的减操作
键值6

实现时钟显示中对月的加操作
键值7

实现时钟显示中对月的减操作
键值8

实现时钟显示中对日的加操作
键值9

实现时钟显示中对日的减操作
键值10

实现时钟显示中对小时的加操作
键值11

实现时钟显示中对小时的减操作
键值12

实现时钟显示中对分钟的加操作
键值13

实现时钟显示中对分钟的减操作
键值14

实现时钟显示中对秒的加操作
键值15

实现时钟显示中对秒的减操作

（3）红外模块

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通φ5发光二极管相同。

常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。

数字量电平信号输出（白线高电平，黑线低电平）

检测到障碍物的时候，输出低电平，

（4）RTC模块

（5）OLED 屏幕

对于显示内容的分析，重点包括三种信息的显示：

时钟信息，标准的的显示格式：2017年2月23日星期4 08:45:10

note：注意对于星期的显示需要用一个算法进行实现，判断出初始当天的星期几，然后计算和当前相距的天数，把天数对7取余，将余数和初始的星期相加，即为当前的星期，然后将星期显示到OLED上。
站点信息的提示，即当前所处的站点信息
语音提示的流动显示

因为屏幕太小，而显示的内容过多，所以需要将信息利用流动的形式显示到OLED屏幕上。
当前的温度和湿度信息

由于采用的的是一体化的模块，所以温湿度可以放在屏幕中的一个固定位置。

为了提升系统的实时性，需要对不用长时间显示的内容，降低刷新率，比如温湿度，年月日，星期，站点标识符（station），只需要初始化的时候，将这些信息更新到屏幕上即可。

（6）温湿度模块

今天下午的安排是将矩阵程序整合到串口通信中，然后将站点信息、语音提示和按键键值进行整合处理，先测试一下系统执行的实时性的响应程度。经过下午的奋斗，整个系统程序的架构已经初见成效，到目前为止，系统的响应速度还是可以满足功能的要求的。晚上的安排是验证剩余的三个模块（语音播报，RTC模块，OLED显示，温湿度监测）的功能性如何，初步实现基本功能，然后再加入到系统中，比较重要的一点是，要验证语音播报模块的功能如何？

非常的难过，因为开发板上板载的晶振是12MHz，不能出现9600的波特率，而核心板上的晶振是11.0592Mhz，可以出现9600,所以将芯片搬到了核心板上，然后利用手头仅有的9V 1A的电源供电，后果是唯一的51单片机被挂逼了，结束了自己辉煌而灿烂的一生，可以它还没有看到过三个其他的模块展现生命力的时刻。归根结底是输入电源的功率太大，导致单片机被烧。暂时耽搁了任务进度。

并不是所有的芯片被烧了之后，都会冒烟，现在的异常是在上电后，短时间会感觉到芯片封装会异常的发热。

补救措施:为了防止类似的故障出现，我已经联系好之前实验室的小伙伴，争取明天借一块出来，然后在淘宝上也购买了两块，进行备用。

那就总结一下目前的进度吧，目前已经把软件系统的整个执行过程构建了起来，那么指定一下明天的项目进度安排：

第一步：将剩余的模块进行功能性实验，实现基本的功能，找到对饮的数据接口。

第二步：逐个将模块添加到软件系统中，并梳理所用到的硬件引脚分布。

第三步：对整个系统进行详细的功能测试工作。

2）第二步是进行脱机程序的调试，考虑程序能否在既定的程序框架中完成运行。如果不可以，则需要考虑调整系统的响应速度，提升系统的实时性；或者更改系统的执行次序。

脱机验证，第一次失败了，因为核心板的供电电源输入的功率太高，导致芯片挂逼。

3）第三步是将调试完成的系统，从单片机上转移到核心板上，进行最终的产品包装。

note：考虑到产品的目的地需要经过快递这个流程，所以保险起见，我想将调试完成的设备，用两块15*20cm的洞洞板和螺栓进行固定，最后用胶带将四周完全密封。只留出需要交互的界面