引 言
    在國內的一些大型博物館和風(fēng)景區，已經(jīng)采用了一些語(yǔ)音導覽器，為游客提供各種解說(shuō)和導游，大大方便了游客對博物館和風(fēng)景區歷史文化的了解。但傳統的語(yǔ)音導覽器功能比較單一、功耗大、成本高、數據更新復雜，游客需要手動(dòng)輸入編碼才能得到相應的播放信息，限制了語(yǔ)音導覽器的進(jìn)一步推廣使用。本設計結合RFID射頻識別技術(shù)和TTS語(yǔ)音合成技術(shù)，提出了一種可自動(dòng)識別解說(shuō)對象的語(yǔ)音導覽器，并結合USB存儲技術(shù)，實(shí)現各種導覽信息的及時(shí)更新。

1 RFID技術(shù)、TTS技術(shù)及終端功能分析
    RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)俗稱(chēng)電子標簽，是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境中。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。最基本的RFID系統由三部分組成：標簽(tag)，由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標簽具有唯一的電子編碼，附著(zhù)在物體上標識目標對象；閱讀器(reader)，讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線(xiàn)(anten—na)，在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
    TTS(Text To Speech，語(yǔ)音合成)技術(shù)解決如何將文字信息轉化為聲音信息的問(wèn)題，從而變看為聽(tīng)，使得人們獲取信息的方式更加豐富和自然。語(yǔ)音合成技術(shù)是實(shí)現人機語(yǔ)音通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，涉及聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、數字信號處理、計算機科學(xué)等多種學(xué)科知識，是中文信息處理領(lǐng)域的一項前沿技術(shù)。
    語(yǔ)音導覽終端作為便攜式終端，為確保其有足夠的能量可靠地工作，整個(gè)設計必須滿(mǎn)足低功耗要求。同時(shí)，通過(guò)對目前市場(chǎng)使用的語(yǔ)音導覽器的分析，本設計所要實(shí)現的語(yǔ)音導覽終端主要實(shí)現以下基本功能：目標對象自動(dòng)識別；導覽信息主動(dòng)播放；USB信息更新；游覽路線(xiàn)顯示；服務(wù)信息查詢(xún)。

2 語(yǔ)音導覽終端硬件原理設計
    語(yǔ)音導覽終端基本原理框圖如圖l所示。RFID讀頭電路將獲得的標簽信息送到微控制器。微控制器根據標簽信息從數據存儲器中讀取相應的文本信息并通過(guò)串口送到TTS語(yǔ)音合成電路。TTS語(yǔ)音合成電路將文本信息轉換為語(yǔ)音信息，然后經(jīng)音頻放大電路放大后送到內置喇叭或外接耳機。同時(shí)，LCD顯示屏根據標簽信息顯示目前的游覽路線(xiàn)。另外，通過(guò)人機接口可以查詢(xún)一些服務(wù)信息。

2．1 EM4095 RFID讀頭電路
    EM4095是RFID基站讀寫(xiě)芯片，載波工作頻率為100～150 kHz，可以對EM400X、EM4050、EM4150等標簽進(jìn)行操作。采用圖2所示工作電路時(shí)，其工作頻率由以下關(guān)系式確定：

   
    在實(shí)際應用中，上式中的電容選擇陶瓷電容，并根據實(shí)際測試情況適當調整電感L1的值，從而確保工作頻率為125 kHz。

2．2 XF—S3011語(yǔ)音合成及音頻放大電路
    XF一S30ll芯片是中科大訊飛信息科技有限公司研發(fā)的一款中文語(yǔ)音合成芯片，將完整的語(yǔ)音合成系統完全集成到單一的處理器內部，通過(guò)串口接收并合成任意文本。串口波特率為9600 bps，并通過(guò)RAD端口指示語(yǔ)音芯片目前的工作狀態(tài)(Busy／Ready)。由于XF一S3011芯片輸出的音頻信號功率比較小，為了使音頻信號有足夠的功率驅動(dòng)揚聲器，需要通過(guò)LM4871電路進(jìn)行功率放大，放大增益可以通過(guò)電阻R來(lái)調節。圖3和圖4是XF一S3011芯片和LM4871芯片外圍電路設計圖。
2．3 微控制器及接口電路
    微控制器采用LPC2146，該控制器帶有32 KB+8 KB和256 KB嵌入的高速Flash存儲器，內置USB 2．0全速器件、UART、SPI、SSP、I2C串行通信接口，采用超小LQFP64封裝，低功耗。為了與LCD 160×128、大容量數據存儲器(SST39VF080)及鍵盤(pán)連接，本設計采用了74L574和74L245對I／0口進(jìn)行了擴展。
    LPC2146的串口1除了用來(lái)進(jìn)行ISP編程外，還可以對系統工作參數進(jìn)行設置。同時(shí)，在程序調試過(guò)程中，還可以設置一些狀態(tài)點(diǎn)，方便代碼的調試和測試。上位機管理軟件通過(guò)USB口和LPC2146進(jìn)行通信，LPC2146將上位機傳來(lái)的導覽信息按一定的格式保存到大容量程序存儲器中，這樣能夠方便數據及時(shí)更新。

2．4 電源管理模塊
    對于語(yǔ)音導覽終端，內部需要多種電源。因此如何合理設計電源管理模塊，對終端的穩定工作以及控制功耗都有非常重要的影響。本設計采用MAXl677電源管理芯片將鋰電池提供的電源轉換為兩路，一路提供給EL背光驅動(dòng)，另一路輸出3．3 V電壓用于LPC2146及其他外圍芯片，3．3 V電壓再通過(guò)SPX5205／1．8 V芯片轉換為1．8V電壓提供給LPC2146內核。

3 應用軟件設計
    為了減小系統資源開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)考慮到終端功能需求，軟件設計采用Keil C51自帶的ARTX操作系統。該操作系統應用簡(jiǎn)單，所占資源少，適用于實(shí)時(shí)性要求不太高的應用場(chǎng)合。本終端軟件程序框架如圖5所示，主要包括主控程序、ARTX內核程序、用戶(hù)任務(wù)、底層驅動(dòng)、配置與設置5部分。軟件運行基本流程為：

    ①上電復位后主控程序運行，主控程序完成變量的初始化、RAM的分配、任務(wù)塊初始化、ARTX初始化， 然后進(jìn)入while循環(huán)；
    ②在whiIe循環(huán)中，啟動(dòng)任務(wù)調度與切換，任務(wù)查詢(xún)節拍為10 ms，完成一個(gè)任務(wù)后，查詢(xún)任務(wù)表中優(yōu)先級最高的任務(wù)開(kāi)始執行；
    ③外部中斷將啟動(dòng)相應的中斷處理程序，后者促使某些任務(wù)就緒，就緒的任務(wù)將根據優(yōu)先級排隊等待執行。

結 語(yǔ)
    RFID技術(shù)在語(yǔ)音導覽終端中的應用，解決了手動(dòng)輸入識別信息的麻煩，實(shí)現了識別對象的自動(dòng)信息采集，大大簡(jiǎn)化了常規操作程序，方便游客使用；同時(shí)，結合屏幕顯示，為游客提供了準確的游覽位置。語(yǔ)音合成技術(shù)擺脫了傳統的錄音存儲模式，一方面減少了對終端存儲量的要求，另一方面實(shí)現導覽信息的快速更新。