基于RFID技術(shù)的智能語(yǔ)音播報系統設計

引言

射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)作為一種非接觸式的自動(dòng)識別新技術(shù)，近年來(lái)得到了迅速的發(fā)展并逐步走向成熟。其原理是基于無(wú)線(xiàn)射頻信號的傳輸特性，進(jìn)行非接觸式自動(dòng)識別，從而自動(dòng)識別被標識對象，獲取對應數據進(jìn)行交換。最常見(jiàn)的識別方法是一個(gè)串行存儲號碼識別一個(gè)人或物體。在此介紹一種基于RFID和單片機技術(shù)的智能語(yǔ)音播報系統，可廣泛應用于旅游景點(diǎn)自助導游、博物館自助講解、公交車(chē)站自動(dòng)報站等場(chǎng)合。

1 系統總體設計

本系統由兩大部分組成：RFID電子標簽和智能終端。RFID電子標簽內部由RFID晶片和外界線(xiàn)圈組成，每張電子標簽有唯一的ID號。智能終端主要包括AT89S52單片機、最小系統電路、RFID讀卡器、語(yǔ)音模塊等。其中語(yǔ)音模塊由WT588D語(yǔ)音芯片、編程器和用于語(yǔ)音下載、編程、模式設置的上位機軟件WT588D VioceChip組成。系統整體框圖如圖1所示。

智能終端在有效讀取范圍內檢測到RFID電子標簽時(shí)，產(chǎn)生串行中斷，單片機通過(guò)RXD引腳讀取并存儲電子標簽ID值，然后查詢(xún)與讀取的ID號對應的語(yǔ)音地址，單片機通過(guò)一線(xiàn)串口控制模式控制語(yǔ)音模塊完成對應語(yǔ)音信息的準確播報。

2 系統硬件設計

2.1 RFID讀卡器模塊DM-S28140

本系統采用中科鷗鵬公司的串口通信版DM—S28140讀卡器模塊實(shí)現RFID電子標簽的ID值的讀取。DM-S28140讀卡器具有低功耗被動(dòng)讀取RFID標簽、串口通信、波特率為2 400 bps、輸入使能允許軟件啟用或禁用等特點(diǎn)?？梢宰x取EM4100無(wú)源只讀系列125 kHz標簽卡，每個(gè)標簽包含一個(gè)唯一的標識符，由RFID讀卡器讀取后，通過(guò)串行接口傳輸。

2.1.1 讀卡原理

當RFID讀卡器工作時(shí)，讀卡器的控制電路將電流注入線(xiàn)圈，產(chǎn)生低頻電磁場(chǎng)。若RFID電子標簽放置在有效讀取范圍內(10 cm內)，電子標簽的線(xiàn)圈就會(huì )感應低頻電磁場(chǎng)，共振耦合產(chǎn)生電流，供給其晶片足夠的電源，在充分的電源供應下，晶片就可以將內存中唯一的ID信號轉換成射頻信號，傳送給讀卡器。只要有充分的電源，電子標簽就會(huì )持續不斷地發(fā)送ID值。

2.1.2 硬件連接

RFID讀卡器串行接口版本可以與微控制器僅用4個(gè)信號(VCC、/ENABLE、SOUT、GND)互連。讀卡器外觀(guān)及引腳功能如圖2所示。其中，SOU T連接到AT89S52的P3.0(RXD)引腳實(shí)現串口通信，使能引腳/ENABLE由P3.2控制。

AT89S52與WT588D的連接如圖3所示。選擇AT89S52 P1.4引腳連接AT89S52 RESET控制復位信號，AT89S52的P1.5引腳連接P03作為數據輸出端，選擇PWM音頻輸出方式，PWM引腳接至揚聲器。

2.1.3 通信協(xié)議

當RFID射頻識別卡開(kāi)始工作時(shí)，且RFID標簽放置在有效讀取的范圍內，唯一的ID以12位ASCII字符串方式發(fā)送給主機，如圖4所示。

其中，起始位和停止位有助于識別一個(gè)正確的接收信息串，中間10位是實(shí)際標簽唯一ID號。

2.2 語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊包括16個(gè)引腳的語(yǔ)音芯片WT588D、一個(gè)對語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音下載的編程器和上位機軟件Vioce Chip。WT588D語(yǔ)音芯片是一款可重復擦除燒寫(xiě)的語(yǔ)音單片機芯片。表1為各個(gè)引腳的功能描述。

圖5為一線(xiàn)串口控制模式時(shí)序及電平占空比示意圖。配套WT588D VioceChip上位機操作軟件可隨意更換WT588D語(yǔ)音單片機芯片的任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可，可控制220個(gè)語(yǔ)音地址，每個(gè)地址位能加載組合128段語(yǔ)音。支持DAC/PWM兩種輸出方式，PWM輸出可直接推動(dòng)0.5W/8Ω揚聲器。支持加載WAV，音頻格式，以及MP3控制模式、按鍵控制模式、一線(xiàn)串口控制模式、三線(xiàn)串口控制模式。本系統采用一線(xiàn)串口控制模式接收待合成的文本，直接合成為語(yǔ)音輸出。

一線(xiàn)串口只通過(guò)一條數據通信線(xiàn)控制時(shí)序，依照電平占空比不同來(lái)代表不同的數據位。先拉低RESET復位信號5 ms，然后置于高電平等待17 ms，再將數據信號拉低5 ms，最后發(fā)送數據。高電平與低電平數據占空比為1：3，代表數據位0;高電平與低電平數據位占空比為3：1，代表數據位1。高電平在前，低電平在后。

3 系統軟件設計

3.1 主函數及語(yǔ)音編程

軟件系統主要由主函數main、讀卡函數getRFID()、語(yǔ)音播放函數Send oneline(uint8_tcmd)組成。主函數完成系統初始化(定義標簽卡ID數組)、調用讀卡函數實(shí)現標簽卡ID信息的讀取、查詢(xún)ID卡號對應的語(yǔ)音地址、調用語(yǔ)音播報函數實(shí)現信息的準確播報。流程圖如圖6所示。

值得注意的是，播放的語(yǔ)音必須下載到語(yǔ)音芯片SPI-Flash存儲器中，通過(guò)語(yǔ)音編程器及VioceChip上位機軟件進(jìn)行語(yǔ)音模塊的編程(即語(yǔ)音的裝載、模式設置等)，編程流程如圖7所示。

語(yǔ)音下載后，須將語(yǔ)音地址與下載的語(yǔ)音文件一一對應起來(lái)，這是單片機讀取語(yǔ)音并且準確播報的重要參考點(diǎn)，語(yǔ)音地址對應關(guān)系如表2所列。

3.2 讀卡功能的實(shí)現

讀卡函數getRFID()程序流程圖如圖8所示。首先進(jìn)行UART初始化，當讀卡器檢測到標簽卡時(shí)產(chǎn)生串行中斷，按照12位通信協(xié)議按位讀取數據，直到接收到停止位0x0D結束。

截取有效數據后4個(gè)字節，有效數據是指每個(gè)字節的大小在指定范圍內(即0x30～0x46)，對應字符為0～F，程序中只需要0x0D(停止字節)前的4個(gè)字節。

例如這4個(gè)字節分別為0x41、0x32、0x36、0X46，對應的字符為A26F，轉換成十進(jìn)制數，則數值等于41 583。因此，主程序定義的標簽卡數組元素應為每個(gè)標簽卡后5位十進(jìn)制ID對應的十六進(jìn)制數。

3.3 語(yǔ)音播報功能的實(shí)現

根據圖3和圖5，語(yǔ)音播報函數Send_oneline(uint8_tcmd)程序流程圖如圖9所示。函數中的形參cmd即語(yǔ)音的地址。

結語(yǔ)

本文使用AT89S52單片機、DM-S28140讀卡器和WT588D語(yǔ)音模塊，配合RFID電子標簽，實(shí)現了智能語(yǔ)音播報系統。

實(shí)踐證明，此方案可行并且可靠，可用于旅游景點(diǎn)自助導游、博物館的自助講解、公交車(chē)站智能報站等場(chǎng)合，具有較高的實(shí)用價(jià)值。