語音自動(dòng)報(bào)警技術(shù)在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

艾紅斌

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第41研究所，蚌埠233000；2.蚌埠依愛消防電子有限責(zé)任公司；3.安徽省消防電子工程技術(shù)研究中心）

引 言

盡早地掌握火情，對(duì)于防火救災(zāi)，將火災(zāi)損失降到最小，具有著至關(guān)重要的意義。特別是對(duì)于一些無人值守的重要場(chǎng)所，更需要及時(shí)地了解火災(zāi)報(bào)警設(shè)備的運(yùn)行情況，保持火災(zāi)報(bào)警設(shè)備處于良好的監(jiān)控狀態(tài)。本文介紹的方案就是當(dāng)火災(zāi)報(bào)警設(shè)備出現(xiàn)故障或發(fā)現(xiàn)火警時(shí)，利用公共電話網(wǎng)自動(dòng)撥打有關(guān)人員的電話，并將火災(zāi)報(bào)警設(shè)備的故障及火警信息轉(zhuǎn)換成語音進(jìn)行播放。

1 語音自動(dòng)報(bào)警技術(shù)硬件實(shí)現(xiàn)方案

語音自動(dòng)報(bào)警技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)主要由4部分電路組成：串行通信電路、撥號(hào)電路、語音合成電路、存儲(chǔ)電路。各部分電路在CPU（如AT89S52）的控制下協(xié)調(diào)工作，完成文字信息的收發(fā)、自動(dòng)撥號(hào)、語音合成和信息存儲(chǔ)。電路框圖如圖1所示。

1.1 串行通信電路

串行通信電路是與火災(zāi)報(bào)警控制器間的接口電路，可采用RS－232驅(qū)動(dòng)器／接收器（如 MAX202）來構(gòu)建，連接CPU的串行通信口，以完成RS－232電平與TTL電平間的轉(zhuǎn)換。主要用來接收火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)來的預(yù)撥打電話號(hào)碼和報(bào)警信息的文字代碼等信息，并將已撥通的電話號(hào)碼回傳給火災(zāi)報(bào)警控制器。

圖1 語音自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)電路框圖

1.2 撥號(hào)電路

撥號(hào)電路主要包括兩部分，即DTMF（雙音多頻）收發(fā)電路和電話接口電路，如圖2所示。

圖2 撥號(hào)電路

DTMF收發(fā)電路采用 MT8888，該芯片可直接與CPU接口相連，具有完整的DTMF收發(fā)功能，能夠?qū)﹄娫捄艚羞^程中的各種信號(hào)音（信號(hào)音是450±25Hz的正弦波，不同的通斷間隔代表不同的信號(hào)音，例如1s通4s斷代表回鈴音，0.35s通0.35s斷代表忙音）進(jìn)行檢測(cè)，只要信號(hào)頻率落在320～510Hz頻率范圍內(nèi)，片內(nèi)呼叫處理濾波器便可濾出，并在CALL端輸出經(jīng)限幅得到的方波。方波寬度代表信號(hào)音持續(xù)的時(shí)間，該方波由CALL端輸出至CPU，供CPU判斷呼叫的性質(zhì)和類別。當(dāng)需要撥打電話時(shí)，CPU通過數(shù)據(jù)線將電話號(hào)碼發(fā)送給DTMF收發(fā)芯片，控制其合成與號(hào)碼數(shù)字相對(duì)應(yīng)的雙音頻信號(hào)，經(jīng)電話接口電路送至公共電話網(wǎng)。DTMF信號(hào)是由兩種不同頻率的信號(hào)疊加而成的合成波，0～9每個(gè)數(shù)字都有一組確定頻率的波形與其對(duì)應(yīng)，每個(gè)數(shù)字由4位二進(jìn)制碼表示。

電話接口電路除了可以采用傳統(tǒng)的音頻變壓器之外，也可以采用恒流源電路，利用其直流阻抗較小和交流阻抗較大的特點(diǎn)，完成自動(dòng)呼叫時(shí)的摘機(jī)檢測(cè)和音頻信號(hào)的傳輸。

圖中的繼電器K1用于控制將電路接通至公共電話網(wǎng)，繼電器K2用于控制將DTMF芯片的接收或發(fā)送端連通至電話接口電路。

1.3 語音合成電路

語音合成電路其核心是語音合成芯片，可采用XFS3031CN。這是一款高性價(jià)比的中文語音合成芯片，它可以通過UART接口接收待合成的文本（比如火災(zāi)報(bào)警控制器顯示的故障或火警信息，以及其他提示信息），把文本合成為語音輸出。該芯片具有智能的文本分析處理算法，對(duì)常見的數(shù)值、電話號(hào)碼、時(shí)間日期、度量衡符號(hào)等格式的文本及多音字，能夠根據(jù)內(nèi)置的文本匹配規(guī)則進(jìn)行正確的識(shí)別和處理；支持多種文本控制命令及控制標(biāo)記，提高處理的正確率。若CPU沒有多余的UART口，也可以采用串口擴(kuò)展芯片（如16C550）進(jìn)行擴(kuò)展。合成的語音經(jīng)功放電路放大后，一方面通過公共電話網(wǎng)送至已接聽的用戶電話進(jìn)行播放；另一方面可由揚(yáng)聲器播放，供現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)聽。語音合成電路如圖3所示。

1.4 存儲(chǔ)電路

通過火災(zāi)報(bào)警控制器，可以設(shè)置幾個(gè)相關(guān)人員的電話號(hào)碼，保存在存儲(chǔ)器中。發(fā)生火警時(shí)，依次撥打存儲(chǔ)的相關(guān)電話號(hào)碼，撥通的電話號(hào)碼及撥打時(shí)間也可保存在存儲(chǔ)器中以備事后查詢?？捎肅PU自帶的存儲(chǔ)器或外接的EEPROM存儲(chǔ)器，如24LC02。

2 語音自動(dòng)報(bào)警技術(shù)軟件實(shí)現(xiàn)方案

2.1 串行通信

CPU與火災(zāi)報(bào)警控制器間的串行通信采用中斷方式，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息可以按照一定的格式封裝為數(shù)據(jù)包，內(nèi)含校驗(yàn)碼，防止信息被錯(cuò)誤接收。接收方收到數(shù)據(jù)包后向發(fā)送方返回應(yīng)答包。

2.2 自動(dòng)撥號(hào)

CPU通過數(shù)據(jù)線控制DTMF收發(fā)器的工作模式。撥打電話號(hào)碼時(shí)首先要檢測(cè)電話線狀態(tài)，需將DTMF收發(fā)器設(shè)置成呼叫處理（CALL）模式；并利用CPU內(nèi)部的計(jì)數(shù)器對(duì)DTMF收發(fā)器輸出的方波寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測(cè)，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)（例如5s）計(jì)數(shù)值的大小判斷出電話線上的各種狀態(tài)信號(hào)音（撥號(hào)音、忙音、回鈴音等）；然后再轉(zhuǎn)入后續(xù)的相應(yīng)操作。發(fā)送完電話號(hào)碼后，仍需檢測(cè)狀態(tài)信號(hào)音。若是忙音則撥打下一個(gè)號(hào)碼，若是回鈴音則繼續(xù)等待一定時(shí)間，若用戶已摘機(jī)則播放合成的報(bào)警語音，撥號(hào)程序流程如圖4所示。

圖3 語音合成電路

圖4 撥號(hào)程序流程

2.3 語音合成

語音合成芯片通過UART接口接收CPU發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，允許發(fā)送數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度為204字節(jié)。通信傳輸字節(jié)格式為：起始位1位，數(shù)據(jù)位8位（低位在前），停止位1位，無校驗(yàn)位，波特率為9 600bps。

CPU發(fā)送給語音合成芯片的所有命令和數(shù)據(jù)都需要用“幀”的方式進(jìn)行傳輸，幀格式為：幀頭＋數(shù)據(jù)長(zhǎng)度＋數(shù)據(jù)區(qū)。如下所示為其中一種格式，數(shù)據(jù)區(qū)中的文本編碼格式可以采用GB2312、GBK、BIG5和UNICODE四種編碼方式。

幀頭 數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度 數(shù)據(jù)區(qū)0xFD 高字節(jié) 低字節(jié) 命令字 文本編碼格式 待合成文本

芯片收到命令幀或狀態(tài)查詢命令后，回傳相應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)供CPU判斷目前芯片的工作狀態(tài)。

芯片正在合成文本的時(shí)候，如果又接收到一幀有效的合成命令幀，芯片會(huì)立即停止當(dāng)前正在合成的文本，轉(zhuǎn)而合成新收到的文本。

2.4 信息存儲(chǔ)

外接EEPROM存儲(chǔ)器24LC02與CPU間采用I2C總線方式進(jìn)行通信。若CPU沒有I2C總線接口，可使用2個(gè)I／O端口，用軟件模擬I2C總線方式進(jìn)行通信。

2.5 主程序

主程序主要完成初始化，存儲(chǔ)工程名稱及電話號(hào)碼、合成反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的提示語音，撥打預(yù)設(shè)的電話，合成報(bào)警語音等。主程序流程如圖5所示。

圖5 主程序流程

結(jié) 語

語音自動(dòng)報(bào)警技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，有利于消防管理人員及時(shí)掌握消防設(shè)備的運(yùn)行情況，尤其適用于一些不是全天候有人值班的場(chǎng)所。將文字轉(zhuǎn)變成語音，使報(bào)警信息變得更加直觀，為報(bào)警信息的傳遞提供了一條新的途徑。

［1］合肥訊飛數(shù)碼科技有限公司.XFS3031CN中文語音合成芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)，2012.

［2］Mitel.MT8888Cintegrated DTMF transceiver with Intel Micro interface［EB／OL］.［2013－01］.http：／／www.mitelsemi.com.

［3］何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1997.