摘要：針對(duì)目前汽車(chē)在使用過(guò)程中獲取汽車(chē)保養(yǎng)信息困難的問(wèn)題，使用SPCE061A單片機(jī)為控制芯片，采集汽車(chē)內(nèi)部影響汽車(chē)保養(yǎng)的關(guān)鍵因素，即時(shí)間和里程，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)保養(yǎng)的準(zhǔn)確、及時(shí)提示，并告知汽車(chē)使用者對(duì)汽車(chē)進(jìn)行怎么樣的保養(yǎng)。提示的方式采用語(yǔ)音播報(bào)和LCD液晶屏顯示相結(jié)合的方式，使汽車(chē)使用者以一種簡(jiǎn)單的方式獲取和查詢汽車(chē)保養(yǎng)的信息。系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)保養(yǎng)信息的提示。
關(guān)鍵詞：SPCE061A；汽車(chē)保養(yǎng)；語(yǔ)音提示；LCD顯示

0 引言
    汽車(chē)作為現(xiàn)代社會(huì)的一種交通工具，已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。對(duì)汽車(chē)的正確使用和保養(yǎng)，不僅能夠提高汽車(chē)的安全性、舒適性和使用壽命，還能提高汽車(chē)的能源利用率，使汽車(chē)更加環(huán)保節(jié)能。但是目前由于汽車(chē)保養(yǎng)知識(shí)的專業(yè)性，許多汽車(chē)使用者對(duì)于汽車(chē)保養(yǎng)的知識(shí)掌握較少，甚至許多汽車(chē)保養(yǎng)店的專業(yè)人員也不能準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地把握汽車(chē)保養(yǎng)的內(nèi)容。
    為了解決駕車(chē)者掌握汽車(chē)保養(yǎng)知識(shí)困難的問(wèn)題，該設(shè)計(jì)使用SPCE061A單片機(jī)為控制芯片，采用語(yǔ)音播報(bào)和液晶顯示相結(jié)合的方法，提示專業(yè)的保養(yǎng)信息。從而使駕車(chē)者無(wú)需掌握專業(yè)的汽車(chē)保養(yǎng)知識(shí)，就可以對(duì)汽車(chē)進(jìn)行及時(shí)、全面的保養(yǎng)。目前該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中已取得了不錯(cuò)的效果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 主控芯片與整體硬件方案介紹
    臺(tái)灣凌陽(yáng)科技公司生產(chǎn)的SPCE061A單片機(jī)采用μ’nSP為內(nèi)核，其最高時(shí)鐘頻率可達(dá)49．152 MHz，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的語(yǔ)音功能，同時(shí)它還擁有一個(gè)32 768 Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，能夠進(jìn)行精確的計(jì)時(shí)。該單片機(jī)具有32個(gè)通用可編程I／O接口，B端口的I／O口還可設(shè)置成為特殊功能端口。另外，SPCE061A單片機(jī)還具有很好的性價(jià)比，是數(shù)字語(yǔ)音處理方面非常經(jīng)濟(jì)的一款單片機(jī)。
    根據(jù)功能的不同硬件系統(tǒng)分為3個(gè)部分：信息采集部分、信息輸出部分和電源部分。系統(tǒng)需要兩種供電電壓，即SPCE061A單片機(jī)需要的3．3 V工作電壓以及LCD顯示、語(yǔ)音播放和脈沖編碼器需要的5 V的工作電壓。該設(shè)計(jì)采用5 V的電源，并使用低壓穩(wěn)壓器芯片SPY0029，輸出3．3 V電壓為CPU供電，系統(tǒng)的整體方案框如圖1所示。

    下面將對(duì)硬件的信息采集和信息輸出部分分別進(jìn)行介紹。
1．2 硬件的信息采集部分的實(shí)現(xiàn)方法
    汽車(chē)的使用時(shí)間和行駛里程是汽車(chē)保養(yǎng)的兩大關(guān)鍵因素。對(duì)時(shí)間的采集，使用的是單片機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行定時(shí)的，有關(guān)內(nèi)容將在軟件部分做詳細(xì)講述。
    對(duì)里程的采集，目前大多數(shù)汽車(chē)通過(guò)磁性傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)里程采集，磁性傳感器一般安裝在變速箱的輸出軸上，它的工作原理是：汽車(chē)變速箱的輸出軸每轉(zhuǎn)一周就會(huì)有一定數(shù)量的脈沖輸出，對(duì)輸出脈沖的累積就可以計(jì)算出輸出軸所轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)，從而求出汽車(chē)的行駛里程。因此只要實(shí)現(xiàn)輸入脈沖計(jì)數(shù)，就可以模擬汽車(chē)?yán)锍滩杉Ｔ撛O(shè)計(jì)采用歐姆龍的E6A2-CW3E旋轉(zhuǎn)式編碼器做為脈沖輸入源，通過(guò)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)里程脈沖的累積。
    關(guān)于按鍵輸入，系統(tǒng)使用了3個(gè)獨(dú)立按鍵，3個(gè)按鍵分別接到A端口的第0，1，2位。
1．3 硬件的信息輸出部分的實(shí)現(xiàn)方法
    語(yǔ)音播放是信息輸出的主要內(nèi)容，語(yǔ)音播放電路見(jiàn)圖2所示。

    當(dāng)DAC的輸出引腳輸出音頻信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)C25濾去高頻階梯信號(hào)，保留音頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)C24隔直，音頻信號(hào)中的直流分量被隔離，交流信號(hào)經(jīng)音頻驅(qū)動(dòng)芯片SPY0030阻抗變換輸出，然后驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。調(diào)節(jié)電位器R9的值，可以調(diào)節(jié)輸出音量的大小。LCD液晶顯示采用目前常用的160 2液晶，它有16個(gè)引腳占用11個(gè)I／O端口，可以顯示2行，每行16個(gè)字符。但是需要注意的是1602液晶沒(méi)有中文字庫(kù)，只能進(jìn)行數(shù)字和字符的顯示。關(guān)于1602液晶的詳細(xì)資料請(qǐng)參閱1602的使用手冊(cè)。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    由于該設(shè)計(jì)占用了SPCE061A單片機(jī)的許多資源，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)要統(tǒng)籌安排，避免產(chǎn)生干涉，出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。需要特別指出的是由于汽車(chē)保養(yǎng)信息按提示條件可分為3種，分別是：條件1為時(shí)間，條件2為里程，條件3為時(shí)間或里程有其中之一滿足的。在程序設(shè)計(jì)中對(duì)3個(gè)條件同時(shí)定義了變量并且保證信息間的傳遞。
    另外，系統(tǒng)中按鍵的處理程序按其所在程序中位置不同分2種方式：一種是在主函數(shù)里用來(lái)處理顯示信息和提示信息確認(rèn)；另一種是在中斷函數(shù)里用來(lái)處理語(yǔ)音播報(bào)，系統(tǒng)軟件的流程圖如圖3所示。

2．1 脈沖和時(shí)間累積的實(shí)現(xiàn)
    在時(shí)間累積的程序中使用了SPCE061A單片機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，以達(dá)到良好的計(jì)時(shí)效果。SPCE061A單片機(jī)擁有一個(gè)32 768 Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘源，通過(guò)頻率選擇組合可產(chǎn)生時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。時(shí)基計(jì)數(shù)器還可以通過(guò)分頻產(chǎn)生2 Hz，4 Hz，1 024 Hz，2 048 Hz以及4 096 Hz的實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，為中斷系統(tǒng)提供各種實(shí)時(shí)中斷源(IRQ4和IRQ5)信號(hào)。通過(guò)對(duì)時(shí)基信號(hào)的選擇和設(shè)定，可以進(jìn)行非常精確的計(jì)時(shí)。另外，時(shí)基信號(hào)為定時(shí)／計(jì)數(shù)器A的時(shí)鐘源B提供各種頻率選擇信號(hào)。
    由于在語(yǔ)音播放函數(shù)中使用了定時(shí)／計(jì)數(shù)器A作為時(shí)間溢出的快速中斷源，在函數(shù)執(zhí)行中對(duì)其進(jìn)行了初始化和占用，為了達(dá)到較高的計(jì)時(shí)精度這里選用2 Hz的時(shí)基信號(hào)作為計(jì)時(shí)頻率，采用IQR5作為計(jì)時(shí)中斷源引發(fā)的中斷。
    SPCE061A單片機(jī)的B端口做為特殊功能引腳時(shí)，使用SPCE061A單片機(jī)的定時(shí)／計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部輸入脈沖的計(jì)數(shù)。該設(shè)計(jì)將編碼器產(chǎn)生的脈沖輸入到SPCE061A單片機(jī)的B端口的第四引腳，通過(guò)對(duì)B端口第二和第四引腳的設(shè)置，即：B端口第二引腳為反相輸出，第四引腳為懸浮式輸入，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)。由于PCE061A單片機(jī)的2個(gè)定時(shí)／計(jì)數(shù)器中，定時(shí)／計(jì)數(shù)器A已用于語(yǔ)音播放，所以這里采用定時(shí)／計(jì)數(shù)器B作為脈沖輸入計(jì)數(shù)器。采用IQR2做為脈沖計(jì)數(shù)溢出的中斷源引發(fā)的中斷。
2．2 語(yǔ)音播放功能的實(shí)現(xiàn)
    凌陽(yáng)的完整語(yǔ)音處理步驟可以分為：A／D轉(zhuǎn)換、語(yǔ)音編碼，語(yǔ)音存儲(chǔ)，解碼處理，D／A轉(zhuǎn)換等，凌陽(yáng)公司提供了SACM．LIB語(yǔ)音庫(kù)，該庫(kù)將上述步驟中的語(yǔ)音處理功能制作成相應(yīng)的模塊，每個(gè)模塊都有其應(yīng)用程序接口，因此只需要掌握這些模塊的功能和使用方法，通過(guò)對(duì)該API函數(shù)的調(diào)用，就可以實(shí)現(xiàn)其功能。
    凌陽(yáng)的音頻資源通常有兩種獲取方法：采用錄音的方法和采用語(yǔ)音合成軟件合成語(yǔ)音。然后用凌陽(yáng)公司提供的壓縮工具壓縮成能夠播放的語(yǔ)音格式。該設(shè)計(jì)使用第二種方法，采用從文字到語(yǔ)音的合成(Text-to-Speech)，這樣就不需要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，使用方便。
    使用第二種方法要解決語(yǔ)音壓縮的問(wèn)題，語(yǔ)音壓縮是為了在保證一定聲音質(zhì)量的條件以較小的存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的表達(dá)和傳遞。語(yǔ)音壓縮的方法很好地解決了單片機(jī)存儲(chǔ)空間較小的問(wèn)題。音頻壓縮根據(jù)壓縮比的不同可分為三種：
    (1)SACM-A2000：壓縮比為8：1，8：1．25，8：1．5。
    (2)SACM-S480：壓縮比為80：3，80：4．5。
    (3)SACM-S240：壓縮比為80：1．5。
    按音質(zhì)排序：A2000>S480>S240。
    凌陽(yáng)常用的音頻形式和壓縮算法也可分為3種：
    (1)波形編碼。sub-band即SACM-A2000特點(diǎn)：高質(zhì)量、高碼率，適于高保真語(yǔ)音／音樂(lè)。
    (2)參數(shù)編碼。聲碼器(vocoder)模型表達(dá)，抽取參數(shù)與激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行編碼，如：SACM-S240。特點(diǎn)是壓縮比大，計(jì)算量大，音質(zhì)不高，廉價(jià)。
    (3)混合編碼。CELP即SACM-S480特點(diǎn)是綜合參數(shù)和波形編碼之優(yōu)點(diǎn)。除此之外，還具有FM音樂(lè)合成方式即SACM-MS01。
    語(yǔ)音壓縮的過(guò)程是，首先使用語(yǔ)音合成軟件將需要播放的信息傳化成*．WAV格式的音頻文件，在轉(zhuǎn)換時(shí)將語(yǔ)音資源屬性中的音頻格式轉(zhuǎn)換成8 kHz，16位，單聲道。然后我使用凌陽(yáng)公司提供的凌陽(yáng)語(yǔ)音壓縮工具Compress Tool軟件，對(duì)語(yǔ)音合成的音頻進(jìn)行壓縮。Compress Tool軟件只能按照SACM-A2000，SACM-S480兩種語(yǔ)音算法進(jìn)行壓縮，為了節(jié)省單片機(jī)的存儲(chǔ)空間，在這里使用SACM-S480算法進(jìn)行行壓縮。
    完成語(yǔ)音資源的壓縮之后，還需要將壓縮后的語(yǔ)音資源添加到的程序中去，并在程序中確定語(yǔ)音播放順序，定義語(yǔ)音資源表。然后調(diào)用語(yǔ)音庫(kù)的API函數(shù)，播放需要的語(yǔ)音資源。

3 結(jié)語(yǔ)
    該設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)獲得成功，取得了不錯(cuò)的語(yǔ)音播放效果和LCD顯示，很好地解決了汽車(chē)保養(yǎng)提示的問(wèn)題，相信該系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用將會(huì)有助于提高汽車(chē)的利用率，降低能耗，給社會(huì)和使用者帶來(lái)巨大的效益。
    由于汽車(chē)型號(hào)、品牌及使用環(huán)境等的不同都會(huì)對(duì)汽車(chē)的保養(yǎng)提出不同的要求，因此對(duì)于實(shí)踐中的應(yīng)用，還應(yīng)根據(jù)具體情況，以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)對(duì)提示的內(nèi)容進(jìn)行修改，以達(dá)到很好的兼容性。另外，如果需要提示的語(yǔ)音資源過(guò)多，還需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。這對(duì)單片機(jī)和存儲(chǔ)器的通信提出了要求，播放函數(shù)也需要做相應(yīng)的變更。同樣，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用到許多以時(shí)間或脈沖累積為條件的提示系統(tǒng)中去，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。