基于GPS和TTS的自动报站器方案设计

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基于GPS 和TTS 的自动报站器·产品设计·
方案设计
张丹娜
(浙江工业大学信息工程学院浙江省通信网应用技术研究重点实验室，浙江杭州310023)
【摘要】针对国内公交车报站器的应用现状，提出了一种基于GPS 和TTS 的全自动公交语音报站器的设计方案。
分析了该报站器的特点并提出了其整体构架以及具体的终端设计，采用以AＲM Cortex － M3 为核心的stm32f103vet6
处理器，通过GPS 和GPＲS 相结合的方式实现车辆位置信息的读取、车辆与控制中心的无线通信，同时采用语音合
成技术真正实现全自动准确地播报站名及服务提示信息。
【关键词】定位;语音合成;无线通信;自动
【中图分类号】TN402 【文献标志码】A
Design of Automatic Bus Stop Annunciator Based on GPS and TTS
ZHANG Danna
(Zhejiang Provincial Key Laboratory of Communication Networks and Applications，College of
Information Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China)
【Abstract】Due to the domestic application status of the bus stop annunciator，design of automatic bus stop annunciator
based on GPS and TTS is presented． Firstly，the characteristics of the system is analysed ，the overall architecture and the internal
design of the system terminal are proposed． A powerful core—AＲM Cortex － M3 is adopted，the functions of reading
the information of vehicle location and wireless communication between vehicle and control station are realized by a combination
of GPS and GPＲS technology． Meanwhile，using speech synthesis technology based on text，bus station name and service
information can be broadcasted automatically and accurately．
【Key words】position;speech synthesis;wireless communication;automatic
1 引言
随着中国经济的飞速发展和城市化进程的不断
加深，城市人口日益膨胀，机动车辆急剧增加，城市交
通压力越来越大，对公共交通管理系统也相应有了更
高的要求。目前公交车基本采用人工干预的报站器，
司机驾驶的同时手动进行报站，错报误报的事情时有
发生，使得一些非本地或不熟悉路线的乘客错过站
点［1］。公交车报站器是公共交通系统的一个重要组
成部分，设计先进的报站器能为广大居民乘车提供优
质的服务，提高公交系统的服务水平［2］。因此，本文
提出一种GPS 自动公交语音报站器的设计方案，实
现公交车辆的精确定位和自动报站，以解决漏报错报
的问题，促进智能公交的发展。
2 总体构架设计
本文所研究的GPS 自动报站器主要包括主控模
块、GPS 模块、GPＲS 模块、LCD 模块、语音合成模块
五部分，总体架构如图1 所示。首先采用GPS 模块
进行数据采集，利用GPＲS 模块将车辆的信息实时发
送至控制中心，解析得到公交车的实时坐标、速度、行
驶方向，遍寻站点名称数据库进行比较，当驶至站点
(某阈值范围内)时，将站点名称返回给设备端，调用
语音模块进行播报，并在LCD 屏上显示到站信息，以
便乘客清楚到站信息。
图1 系统模块框图
3 系统模块设计
3．1 主控模块选择
一个好的设备必须有好的硬件系统，才能够完成
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数据的传输、转换、存储，硬件部分的总体设计首先应
考虑选择性价比高的主控芯片，然后在其基础上进行
扩展，选择其他的元器件，设计配套的外围电路，组成
硬件系统。经考虑集成度、功耗、价格等多方面因素，
在本设计中主控模块选择用以Cortex － M3 为内核的
STM32 系列芯片。由于Cortex － M3 与AＲM9 和
AＲM11 不同，不支持Linux 系统，但可采用现今工业
控制中的嵌入式实时操作系统U/COS － II，外加M3
出色的性能以及内部含有的实时机制和保护机制，并
配合UCGUI 开发人机交互界面，利用三者的结合足
以达到预期的结果［3］。
具体控制模块型号选择以72 MHz 的Cortex －
M3 为内核的STM32F103VET6，其内置64 kByte
SDＲAM，512 kByte FALSH 程序空间，还具有丰富的
外围接口，方便配置外围电路，多达80 个快速I /O 口
及I2C，CAN，USB 等多种接口，其中串行接口有三个，
UAＲT0 可用来负责GPS 模块与MCU 间的信息收发，
UAＲT1 负责与GPＲS 模块进行通信，UAＲT2 接口引
出用于连接计算机作调试所用，其出色的性能配置显
示足以满足报站器所需的要求。
3．2 GPS 模块设计
目前的车载定位技术有很多，例如全球定位系
统GPS 技术、全球轨道卫星导航系统GLONASS 技
术、GSM 手机定位技术等，从可实现性、精度、成本等
多方面考虑，系统选择了GPS 定位技术，对于具体模
块的确定选用的是Ublox 的LEA －5［5］。
GPS 接收机的主要功能是通过天线采集数据，当
接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天
线至卫星的伪距离和距离的变化率，从而解调出卫星
轨道参数等数据。据此，接收机中的微处理计算机就
可按定位解算方法进行定位计算，得到用户所在地理
位置的经纬度、高度、速度、时间等信息，再通过串口
传送至处理器。
该模块具体电路如图2 所示，工作电压为2． 7 ～
3． 6 V，GPS 电源部分的主要功能是将由5 V 电源经
过降压芯片AMS1117 后降为3． 3 V 左右，提供给GPS
模块负责GPS 模块的正常工作，TXD，ＲXD 通过串口
连至MCU，负责定位信息的收发。
3．3 语音模块设计
现有的报站器在语音模块部分很多是采用mp3
格式存储，而本文所采用的则是语音合成技术，这也
是与其他公交报站器的区别所在。在市场上存在着
不同的语音合成方案，结合可懂度以及自然度方面的
考虑，最终选择了科大讯飞的Aisound［6］软核方案。
图2 GPS 模块原理图
通过算法从预存的地理位置名称库中，确定一定
误差范围内的相应位置名称，之后将该名称发送至语
音合成模块，输出语音文件，最后通过语音解码芯片
达到地理位置语音播报的目的。Aisound 为用户提供
丰富的Standard API 接口，可通过调用Standard API
来使用TTS。首先通过调用ivTTS_Create 函数创建
一个TTS 实例，在调用ivTTS _ Create 时通过
ivTTS_SetParam设置参数来管理自己的堆，系统合成
操作由ivTTS_Ｒun 函数执行完成。合成过程中产生
的语音数据通过回调函数传给设备，此外Aisound
支持多语种及多角色合成，可通过ivTTS_PAＲAM_
LANGUAGE 函数设置语种、ivTTS _PAＲAM_ＲOLE
函数设置角色。
解码部分采用VS21003 解码器，它包含一个高
性能、低功耗DSP 处理器核VS_DSP4，同时有模拟输
出放大器、传声器放大器和ADC 及ADPCM 音频编
码等功能。具体电路设计如图3 所示，J1 为音频输
出接口，外接扬声器可进行语音播报，设计中还包括
传声器，用于语音采集，可与控制中心进行交互。
3．4 通信模块选型
通信系统作为控制中心与车载移动单元进行
信息交换的枢纽，是车辆监控调度系统的重要组
成部分。由于本设计中所要传输的数据量不是很
大，故考虑使用GPＲS 进行传输，它是介于2G 和
3G 间的系统，链路建立时间非常短，较适用于如
GPS 系统突发性数据的应用。在此选用华为的
GTM900 － C 无线模块，该模块是一款两频段
GSM/GPＲS 无线模块，使用AT 命令集，通过
UAＲT 接口与CPU 进行通信，主要实现无线发送
和接收，提供丰富的语音和数据业务功能，是高速
数据传输等各种应用的理想解决方案。
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图3 音频解码原理图
4 软件流程设计
软件部分主要包括设备端和服务器端两部分，
由设备端进行GPS 数据采集，打包发送至服务器端，
检测回车换行符进行分行，通过判别每行信息的前缀
识别不同的数据行，为不同数据行编写不同数据处理
程序以获得有用的信息，将解析出来的经纬度信息与
各站点信息比较(设定阈值)，查得车站站名信息，返
回给设备到站信息，由语音系统进行播报，实现报站
功能，程序流程如图4 所示。
图4 软件流程框图
5 结束语
随着无线通信技术的不断提高，利用运营
商提供的无线网络实现数据传输已被广泛应
用。本文所提出的基于GPS 和TTS 的公交自动
报站器设计，通过利用GPS 的全球定位能力和
移动通信网络的双向数据传输能力，实现控制
中心对车辆的跟踪定位，结合TTS 语音合成技
术达到语音播报的目的，就技术现状而言，无论
是GPS 还是语音合成都已经发展得比较成熟，
只是两者结合的方式应用不是很普遍，所以提
出该方案，以利于解决公交车错报误报的问题，
同时为维护运营秩序以及公共交通的智能化起
到积极意义。
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［责任编辑］彭燕［收稿日期］2012－12－20
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2014-10-1 06:33 上传

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