摘  要： 設(shè)計(jì)了基于AT89C20單片機(jī)" title="51單片機(jī)" target="_blank">51單片機(jī)的景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器，利用紅外傳感器檢測(cè)是否有人來，采用USB接口MP3語(yǔ)音模塊播放每個(gè)景點(diǎn)的導(dǎo)游詞。本設(shè)計(jì)小巧輕便，方便安裝在景點(diǎn)入口位置，只要游客經(jīng)過景點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)播報(bào)導(dǎo)游詞，從而實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)的智能語(yǔ)音導(dǎo)游。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；紅外傳感器；MP3語(yǔ)音模塊；電子導(dǎo)游

　隨著人們生活水平的提高，旅游成為人們節(jié)假日的常規(guī)休閑模式。人們開始策劃自己的旅程，度假式自助旅游逐漸興起。而自助導(dǎo)游類服務(wù)成為旅游者最為期待的服務(wù)。為應(yīng)對(duì)這種需求，國(guó)家旅游局規(guī)定國(guó)家4A級(jí)以上旅游景點(diǎn)應(yīng)當(dāng)具備電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)為自助旅游服務(wù)。由此，我國(guó)興起了電子導(dǎo)游系統(tǒng)的研制開發(fā)。很多景點(diǎn)因?yàn)榫揞~資金投入等原因尚未安裝電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)，部分景點(diǎn)安裝的主要是游客攜帶的數(shù)碼按鍵式電子導(dǎo)游機(jī)[1-2]，游客除了購(gòu)買門票外，還需再花錢租用電子導(dǎo)游機(jī)，一定程度上限制了“電子導(dǎo)游”的使用。
　目前，在江蘇省，電子導(dǎo)游服務(wù)系統(tǒng)只出現(xiàn)在蘇州、揚(yáng)州、無錫、南京等少數(shù)城市的少數(shù)景點(diǎn)，很多游客對(duì)于電子導(dǎo)游還很陌生，無法體會(huì)到電子導(dǎo)游帶來的時(shí)尚服務(wù)。因此，開發(fā)低成本、靈活多樣的電子導(dǎo)游產(chǎn)品勢(shì)在必行。在固定景點(diǎn)上使用紅外自動(dòng)感應(yīng)式的電子導(dǎo)游系統(tǒng)相對(duì)而言成本較低[3-4]，可以作為中小型景點(diǎn)從 “人工導(dǎo)游喇叭式講解系統(tǒng)”向“電子導(dǎo)游時(shí)尚服務(wù)系統(tǒng)” 轉(zhuǎn)變的一種方式，本文研究的“景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器”就是基于這個(gè)目的而開展的。
　本文設(shè)計(jì)的基于AT89C2051單片機(jī)的景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器，利用紅外傳感器檢測(cè)有無人來，并采用相當(dāng)于MP3的UM011語(yǔ)音模塊播放每個(gè)景點(diǎn)的導(dǎo)游詞。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品小巧輕便，方便安裝在景點(diǎn)入口位置，只要游客經(jīng)過景點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)播報(bào)導(dǎo)游詞，從而實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)的智能語(yǔ)音導(dǎo)游。
1 總體方案設(shè)計(jì)
　本文設(shè)計(jì)的景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器包含硬件和軟件兩大部分。硬件部分包括供電電路、紅外傳感器、光隔離電路、MP3語(yǔ)音播放模塊、單片機(jī)主控模塊及其時(shí)鐘電路，如圖1所示。在紅外傳感器模塊與單片機(jī)之間加一級(jí)光隔離電路，用來遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)，如果是近距離檢測(cè)有無游客到來，則可以省略光隔離電路。供電模塊需要提供+8 V和+5 V 2個(gè)直流電壓。其中，+8 V為紅外傳感器供電，+5 V為單片機(jī)、語(yǔ)音播放模塊和光隔離電路供電。

2.2 紅外傳感器和光隔離電路
　本文采用的是熱釋電紅外傳感器，這是一種能檢測(cè)人或動(dòng)物發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器。當(dāng)人體進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，產(chǎn)生溫度差，傳感器輸出端口相應(yīng)地有電壓信號(hào)輸出。由于人體感應(yīng)器模塊屬于高度敏感的器件，它對(duì)電源要求很高，必須經(jīng)過良好的穩(wěn)壓濾波，例如9 V的層疊電池就可能因?yàn)閮?nèi)阻較大不能正常工作。因此，本文采用LM7808穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后再經(jīng)過電容濾波后供電，如圖3所示。本設(shè)計(jì)采用BISS0001型號(hào)的紅外人體檢測(cè)模塊，該模塊有3個(gè)輸出腳：1腳接地；3腳接直流電壓+4.5～24 V；2腳是輸出腳，有人在檢測(cè)區(qū)時(shí)輸出3 V高電平，無人時(shí)輸出0 V低電平。其他技術(shù)參數(shù)有：感應(yīng)角度為110°，感應(yīng)距離為0.5 m～7 m，觸發(fā)時(shí)間為0.5 s～200 s，觸發(fā)方式有重復(fù)和不重復(fù)兩種。
圖4是紅外傳感器與光隔離電路，圖中晶體管Q1用作開關(guān)管。當(dāng)有人進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，紅外傳感器的2腳輸出高電平，Q1導(dǎo)通，發(fā)射極電流經(jīng)R3流入光隔離器輸入端的發(fā)光二極管，使發(fā)光二極管發(fā)光，光隔離器輸出端的光敏三極管繼而導(dǎo)通，輸出為低電平，送給單片機(jī)的P1.7端口。
2.3 單片機(jī)和語(yǔ)音播放模塊
　本設(shè)計(jì)采用的語(yǔ)音播放模塊是一個(gè)插上U盤即可播放U盤里的MP3文件的音樂模塊，它可以很方便地嵌入到設(shè)備中，同時(shí)提供一個(gè)主USB HOST接口，插上U盤即可播音樂。本設(shè)計(jì)則是通過單片機(jī)串口發(fā)送指令控制該模塊播放導(dǎo)游詞。
將單片機(jī)的串口與MP3的串口（JP1）相連接控制音樂的播放，其波特率為9 600 b/s，數(shù)據(jù)位為8 bit，停止位為1 bit。具體的指令功能如表1所示。

?。?）表1中的命令格式分別為：字節(jié)1為起始位，字節(jié)2為后續(xù)字節(jié)長(zhǎng)度，字節(jié)3為命令字，字節(jié)4為曲目號(hào)（只有Index命令有此字段）。
?。?）所有預(yù)設(shè)命令第一個(gè)字節(jié)為02，接收到正確命令時(shí)，串口返回02 30；接收到不能識(shí)別的命令，則返回02 31。
?。?）接收到第一個(gè)字節(jié)不是02的命令時(shí)，不作處理，也不會(huì)有任何反饋信息。
由于本文設(shè)計(jì)的是固定景點(diǎn)的智能語(yǔ)音導(dǎo)游器，一般MP3語(yǔ)音播放模塊只存儲(chǔ)一個(gè)景點(diǎn)的導(dǎo)游詞即可，因此只用到表1中的Play及Stop等少數(shù)幾個(gè)指令。
　AT89C2051單片機(jī)與MP3語(yǔ)音播放模塊的連接電路如圖5所示。MP3模塊的2、3、4腳分別與單片機(jī)的P3.0（RXD）、P3.1（TXD）、P3.2（INT0）相連接。當(dāng)單片機(jī)的P3.0（RXD）輸出高電平時(shí)，MP3開始播放音樂；當(dāng)單片機(jī)的P3.1（TXD）輸出高電平時(shí)，MP3停止播放音樂；MP3的4腳是狀態(tài)信號(hào)線，當(dāng)單片機(jī)的P3.2（INT0）輸出高電平時(shí)，表示MP3正在播放音樂。單片機(jī)的P1.7端口用于檢測(cè)紅外傳感器有無電壓信號(hào)輸出，低電平有效，即當(dāng)P1.7=0時(shí)，表示有游客進(jìn)入檢測(cè)區(qū)。

4 調(diào)試結(jié)果
　本設(shè)計(jì)產(chǎn)品的初步調(diào)試在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，由直流穩(wěn)壓電源提供+12 V電壓，先調(diào)試單元電路部分，最后是軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，具體調(diào)試過程如下。
　（1）紅外傳感器和光隔離電路調(diào)試。用萬(wàn)用表分別測(cè)量紅外傳感器的2腳輸出電壓U1和光隔離器的輸出端電壓U2。當(dāng)檢測(cè)區(qū)無人時(shí)，萬(wàn)用表的測(cè)量值分別為U1=0 V，U2=4.96 V；當(dāng)有人在傳感器前經(jīng)過時(shí)，萬(wàn)用表的測(cè)量值分別為U1=2.86 V，U2=0 V。
?。?）MP3語(yǔ)音播放模塊與單片機(jī)聯(lián)合調(diào)試。在MP3語(yǔ)音播放模塊中用U盤存放一首音樂，將軟件程序下載到AT89C2051單片機(jī)中，完成與紅外傳感器和光隔離電路的連接，通電調(diào)試。當(dāng)有人在紅外傳感器旁出現(xiàn)時(shí)，MP3就會(huì)自動(dòng)播放事先存放的音樂。
　圖7為游客稀少情況下景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器工作時(shí)序圖。第一個(gè)人出現(xiàn)時(shí)，MP3模塊開始播放語(yǔ)音，播放一曲即停止，直到第二個(gè)人出現(xiàn)時(shí)又開始播放下一曲。因此，若要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音導(dǎo)游的定點(diǎn)循環(huán)播放，需要在U盤里存儲(chǔ)多個(gè)相同的語(yǔ)音導(dǎo)游詞，但它們的名稱不同。

　圖8為游客密集情況下景點(diǎn)智能語(yǔ)音導(dǎo)游器工作時(shí)序圖。第一個(gè)人出現(xiàn)時(shí)，MP3模塊開始播放語(yǔ)音，在這首音樂還沒有播放完畢之前，第二人出現(xiàn)，觸發(fā)MP3模塊播放下一曲。

　本設(shè)計(jì)產(chǎn)品小巧輕便，方便安裝在景點(diǎn)入口位置，只要游客進(jìn)入景點(diǎn)，就會(huì)自動(dòng)循環(huán)播放導(dǎo)游詞，從而實(shí)現(xiàn)景點(diǎn)的智能語(yǔ)音導(dǎo)游。初步試驗(yàn)證明，本產(chǎn)品工作性能良好，可適用于中小型旅游景點(diǎn)、游樂場(chǎng)和博物館等場(chǎng)合的智能語(yǔ)音導(dǎo)游。本項(xiàng)目采用AT89C2051單片機(jī)作為微控制器，設(shè)計(jì)了智能語(yǔ)音導(dǎo)游器。由于采用了USB接口的MP3語(yǔ)音模塊可以很方便地從網(wǎng)上下載各種MP3格式的導(dǎo)游詞，這樣就可以在每個(gè)景點(diǎn)聽到有音樂伴奏的該景點(diǎn)的歷史典故傳說，享用這種時(shí)尚的智能語(yǔ)音導(dǎo)游系統(tǒng)的服務(wù)，這將使我國(guó)傳統(tǒng)旅游業(yè)手持電喇叭的導(dǎo)游講解方式成為歷史。
　把本設(shè)計(jì)應(yīng)用到景點(diǎn)時(shí)，必須接220 V的市電進(jìn)行供電，那么本文中的供電電路必須修改，將12 V穩(wěn)壓電源替換為220 V交流電經(jīng)變壓器降壓和橋式整流后再接到三端集成穩(wěn)壓器上。另外還要考慮本產(chǎn)品外殼的包裝設(shè)計(jì)。
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