基于AT89S52和ISD1760的水閘語音報警系統設計

摘要：為避免水閘附近漁船在水閘開閘放水時被上游的水沖走，設計出一種水閘語音報警系統。該系統基于單片機AT89S52和語音芯片ISD17 60，在開閘前10分鐘，通過系統的通信模塊接收遠程水閘控制中心發送的指令，判斷指令的種類，給予相應的報警提示，同時控制水閘上方的報警指示燈閃亮，通知水閘附近的船只迅速撤離到安全水域。在巢湖市裕溪水閘實際應用中，該系統能夠穩定地工作，有效地減少了水閘附近漁船發生危險的事故數，達到了避免不必要的傷亡和損失的要求。
關鍵詞：語音報警；ISD1760；AT89S52；水閘

隨著水利管理現代化的提高，水閘遠程自動化控制逐漸普及。由于閘室采用無人值守運行方式，水閘開閘放水時，存在下游漁船被放水沖擊而翻船，上游船只被水流帶人到閘孔中的安全隱患。
為了避免上述危險情況的發生，需要設計一個水閘開閘報警系統。傳統的語音報警系統通過語音合成技術實現語音報警，但這樣的報警系統實時性和可靠性較差，而且系統也比較復雜，不適用于對實時性和可靠性要求很高的水閘報警方面。現在市場上有很多報警系統，雖說性能較好，但其技術復雜，價格昂貴，且不易安裝和操作，而現在的單片機技術比較成熟，價格也比較低，所以采用單片機的語音報警系統能夠很好地平衡價格和性能，具有很高的實用性。因此本文提出了一種基于單片機和ISD1760的水閘語音報警系統，目標就是設計一種簡單實用易于操作而且可靠性較高的以單片機為控制芯片的自動報警裝置。
本系統具有錄制和播放報警信息功能，在開閘前10分鐘，通過通信模塊接收遠程水閘控制中心的報警命令，自動播放報警提示，同時控制水閘上方的報警指示燈閃亮，通知水閘附近的船只迅速撤離到安全水域。

1 系統組成
水閘語音報警系統利用單片機作為控制中心，由核心處理模塊、通信模塊、錄放音模塊、音頻放大模塊等組成，系統結構如圖1所示。

2 系統硬件設計
2．1 核心處理模塊
核心處理模塊是水閘語音報警系統工作的核心，它不僅要對語音錄放進行控制，還要向計算機發送開閘指令。核心處理模塊主要由單片機，鍵盤，顯示電路等組成。其中，單片機是核心處理模塊的核心部分，其主要任務是配合軟件來實現語音的錄放功能、控制和調度其他模塊正常工作、向水閘控制中心發送開閘指令等工作。從水閘語音報警系統功能需要、性價比、程序的數據量和接口電路等多方面考慮，本設計選用ATMEL公司的AT89S52單片機作為控制器的核心。
顯示電路主要包括液晶顯示和指示燈顯示。本模塊中為了體現系統友好的人機界面，便于查詢時間，輸入控制參數，本設計采用獨立式鍵盤來進行系統控制參數修改，并通過LCD1602來顯示。本設計中LCD1602主要顯示以下幾個部分：當前距離開閘所剩時間；當前語音芯片的工作狀態：開閘倒計時時間的設置。
為了能夠更有效地讓附近水域的漁民注意到報警信息，在水閘上方高處設置一個大的指示燈，當開始語音報警或者人工示警時，指示燈閃亮，這樣水閘附近水域的人都能看到指示燈在閃亮，就知道此時在報警通知他們迅速離開。
2．2 語音錄放模塊
語音信號是模擬量，語音芯片存儲播放聲音的基本方式為：聲音-模擬量-A／D-存儲-D／A-模擬量-播放，采用此方式的語音芯片外圍電路比較復雜，聲音質量也有一定的失真，不適用于對實時性和可靠性很高的水閘語音報警方面；而另一類語音芯片采用E2PROM存儲方法，將模擬語音數據直接寫入半導體存儲單元中，不需要另加A／D和D／A變換電路，使用方便且語音質量很自然，語音芯片ISD1760就是這種芯片的典型代表。
ISD1700系列錄放芯片是一種高集成度，高性能的芯片。它可以多段錄音，采樣率在4～12k間調節，供電范圍可以在2.4～5.5V之間。 ISD1760系列錄放芯片可工作于獨立按鍵模式和SPI控制模式。芯片提供多項新功能，包括內置專利的多信息管理系統，新信息提示，雙運作模式，以及可定制的信息操作指示音效。芯片內部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等全方位整合系統功能。芯片內的存儲管理系統可以管理多段語音，這樣在獨立按鍵模式下也能進行多段語音錄放。錄音數據存儲在芯片的FLASH內，沒有經過任何壓縮，所以有較好的音質和斷電存儲。
語音錄放電路如圖2所示，語音錄放模塊電路采用按鍵工作模式，使得錄放電路非常簡單，且功能強大。不僅有錄、放功能，還有語音擦除、音量控制、直通話音和復位等功能。按下REC鍵，REC管腳電平變低后開始錄音，直到松開按鍵使電平拉高或芯片錄滿時結束。錄音結束后，錄音指針自動移向下一個有效地址。而放音指針則指向剛剛錄完的那段語音地址，放音操作有兩種模式：邊沿觸發和電平觸發，都是由／PLAY管腳觸發，在本設計中，放音操作采用電平放音模式，通過單片機控制PLAY管腳電平持續為低，芯片內所有語音信息播放出來，并且循環播放直到PLAY管腳電平拉高。