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具有語音提示功能的糧食水分測試儀

作者： 時間：2012-11-15 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏


圖3 信號采樣波形

為了降低功耗，系統(tǒng)采用圖形點(diǎn)陣式LCD 顯示。相應(yīng)的數(shù)據(jù)線和控制線與SPCE061A 的16 位并行A 口連接，用來顯示測量的糧食的種類、每次測量的數(shù)值、次數(shù)、平均值，以及測量的修正值。整個人機(jī)界面清晰、明確。

按鍵輸入部分由品種選擇鍵、修正值輸入鍵、保存鍵、測試鍵、平均鍵、清除鍵等組成，根據(jù)需要，可測量大米、小麥、高粱等不同種類的糧食。

SPCE061A 的音頻輸出采用雙通道的DAC 方式，即數(shù)字信號通過10 位DAC 轉(zhuǎn)換成3mA 驅(qū)動電流的模擬輸出，語音提示信號輸出經(jīng)過驅(qū)動放大以后，通過揚(yáng)聲器輸出。

3. 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

糧食水分測試儀是具有區(qū)域特色的產(chǎn)品，它對不同地區(qū)的糧食作物具有不同的測量基準(zhǔn)值，因此在測試之前，需要根據(jù)不同的糧食種類，在不同的狀態(tài)下建立起標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)可以預(yù)先存入系統(tǒng)中，也可以由用戶根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場設(shè)定。這樣在測試時就與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，判斷是否合乎標(biāo)準(zhǔn)。

軟件采用模塊化設(shè)計，包括初始化程序、鍵盤掃描、溫度采樣、水分采樣中斷處理、測量數(shù)據(jù)線性化和溫度漂移的補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)處理、語音提示等模塊。主程序負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制工作，通過調(diào)用不同的模塊完成相應(yīng)的工作。本測試儀以每個品種10 次隨機(jī)采樣的算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，有效地提高了測量的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。在測試完成后就輸出語音提示，判斷所測試的水分為多少并且是否合格。主程序的流程圖如圖4 所示：


圖4 主程序流程圖

4 語音提示系統(tǒng)工作原理

SPCE061A 的音頻輸出有兩種方式，一種是音調(diào)輸出方式，另一種是語音輸出方式，兩者的區(qū)別在于輸出的控制機(jī)理不同。前者是通過控制定時器溢出所產(chǎn)生的不同頻率來決定聲波振動次數(shù)的多少，從而決定發(fā)出的聲音音調(diào)的高低；后者是用與聲音數(shù)據(jù)采樣率相同的速率將聲音數(shù)據(jù)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換通道還原成音頻電壓或電流輸出，其中聲音數(shù)據(jù)采樣率決定了聲音音質(zhì)的好壞，并決定了聲音數(shù)據(jù)所需要占據(jù)的存儲空間[3 ] 。提示語音的輸入可以采用兩種方式：一是通過PC 機(jī)的聲卡，用麥克風(fēng)采集語音的3 .wav 文件；二是用SPCE061A 系統(tǒng)采集語音信號，通過通信模塊將語音信號傳送到PC 機(jī)上保存。第二種方式最好，因?yàn)樗鼙ＷC語音特征的一致性，從而減少硬件系統(tǒng)不一致帶來的誤差。不管采用哪種方式， 3 . wav 文件占用的存儲空間很大，對于微控制器來說想要存儲大量的語音信息顯然是不可能的，必須將音頻文件壓縮。為了方便用戶使用， 凌陽公司的SPCE061A 提供了各種音頻壓縮編碼的算法和API 函數(shù)庫，即SACM- LIB。用戶只須了解每個模塊所要實(shí)現(xiàn)的功能及參數(shù)的內(nèi)容，然后調(diào)用該API 函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)該功能。凌陽科技公司提供三種不同壓縮率的語音提示的算法，表1 是各種壓縮算法名稱及編碼率類型。

表1 SPCE061A 的語音壓縮算法及編碼率類型

這三種壓縮算法的區(qū)別在于壓縮率不同、音質(zhì)也不同。SACM A2000 壓縮率相對較小，音質(zhì)較好，相應(yīng)的資源占用較多。SACM S240 的壓縮率最大，音質(zhì)相對較差。SACM S480介于這兩者之間。本系統(tǒng)在沒有擴(kuò)展存儲器的情況下，采用SACM S240 方式，它可容納210 秒的語音數(shù)據(jù)。語音播放子程序包括語音播放程序和服務(wù)中斷程序，語音播放程序主要完成D/ A 轉(zhuǎn)換器、TIMERA 定時器和音量的初始化，從ROM里取出預(yù)先壓縮好的語音數(shù)據(jù)，解壓縮后存放在播放隊(duì)列中，中斷服務(wù)程序定時地從播放隊(duì)列中讀取數(shù)據(jù)，從D/ A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。播放程序如下：

Sound ：_proc ；
r1 = 1 ；
call F_SACM_S240_Initial ；
r1 = 8 ；
call F_SACM_S240_Volume ；
r1 = [ Speech_1 ] ；
r2 = dac1 ；
r3 = Ramp_UpDn_On ；
call F_SACM_S240_Play ；
LOOP；
call F_SACM_S240_ServiceLoop[ syg1 ] ；
call F_SACM_S240_Status ；
test r1 ，0x0001 ；
jz Sound_End ；
jmp LOOP；
Sound_End ；
retf ；
endp ；

5 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果

本測試儀采用浮動三點(diǎn)定標(biāo)法對各種不同種類的糧食預(yù)先定標(biāo)，用戶在使用時可直接測量，以小麥為例，在不同的水分情況下，實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)據(jù)比對如表2 所示：

表2 實(shí)測值與標(biāo)準(zhǔn)值的比對

經(jīng)過非線性補(bǔ)償和誤差修正，本測試儀的測量誤差≤±0.5 % ，測量的水分范圍為3～35 % ，重復(fù)誤差≤0. 1 % ，使用的溫度范圍為0～40 ℃。基本上達(dá)到國內(nèi)外同類先進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。可適用于多種種類的糧食水分測量，具有比較廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)
[1 ] 薛鈞義，等. 凌陽十六位單片機(jī)原理及應(yīng)用[M] . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 ，2
[2 ] 張永林，等. 糧食水分在線測量技術(shù)評述[J ] . 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003 ， (12) ：36 - 40
[3 ] 李晶姣. 嵌入式語音技術(shù)及凌陽16 位單片機(jī)應(yīng)用[M] . 北京：北京航空航天大學(xué)出版社
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