CN104933642A - 一种基于单片机的导游机服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于单片机的导游机服务系统，包括语音发射端和语音接收端，语音发射端包括第一语音采集模块、第一语音处理模块和第一无线传输模块；语音接收端包括第二语音采集模块、第二语音处理模块、第二无线传输模块、MP3模块和语音输出模块。本发明实现导游与游客间的双向传输且能让游客自主选择收听内容。

Description

一种基于单片机的导游机服务系统

技术领域

本发明涉及旅游用通讯设备技术领域，特别涉及一种基于单片机的导游机服务系统。

背景技术

在现代生活中，旅游日益成为人们主要的休闲方式，也因此各大景区都配备了导游，为游客提供讲解服务。但是随着旅游业的快速发展，也随之产生了一些问题，比如游客过多时，导游带队和讲解时十分困难，难以顾虑周全，随之出现了导游机，现有的无线通信技术在导游机领域也得到了广泛应用，无线导游机与传统的导游机相比，方便了导游讲解和清点游客人数，也提高了应对突发事件的能力。但是，现有的无线导游机系统的研究都是单向系统，即导游讲解，游客收听，游客不能根据自己的喜好选择想收听的内容，而且游客只能收听导游现场讲解的内容，很多时候不能满足游客的个性需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够双向传输且能够让游客自主选择收听内容的基于单片机的导游机服务系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供了一种基于单片机的导游机服务系统，包括语音发射端和语音接收端，所述语音发射端包括第一语音采集模块、第一语音处理模块和第一无线传输模块，第一语音采集模块的输出端连接第一语音处理模块输入端，第一语音处理模块的输出端连接第一无线传输模块；语音接收端包括第二语音采集模块、第二语音处理模块、第二无线传输模块、MP3模块和语音输出模块，第二无线传输模块与第一无线传输模块通信，第二无线传输模块的输出端与第二语音处理模块的输入端连接，第二语音处理模块的输出端与语音输出模块的输入端连接，MP3模块与第二语音处理模块连接，且第二语音处理模块控制MP3模块输出音频信号，第二语音采集模块与第二语音处理模块连接；导游机服务系统的语音发射端通过第一语音采集模块采集音频信号，将音频数据输入第一语音处理模块中，当语音接收端需要接收音频时，第一语音处理模块读取相应的音频数据以数据包的形式从第一无线传输模块发送至第二无线传输模块，语音接收端收到数据后，输入到第二语音处理模块中，经第二语音处理模块处理后通过语音输出模块播放；语音接收端能选择收听MP3模块中的音频，MP3模块中的音频通过语音输出模块播放。

优选的，第一语音采集模块与第二语音采集模块均包括麦克风，语音发射端和语音接收端均通过麦克风采集音频信号，将音频信号转化成电信号传送至第一语音处理模块或第二语音处理模块。

优选的，第一语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的前置放大器、A/D转换器、采样单元、编码压缩单元和第一FLASH缓存单元，第一语音处理模块将第一语音采集模块采集到的音频信号经过放大、A/D转换、采样滤除噪音、编码、压缩后存入第一FLASH缓存单元。

优选的，第二语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的第二FLASH缓存单元、解码解压单元、D/A转换器和输出接口，第二语音处理模块将接收到的音频信号先存入第二FLASH缓存单元，当用户需要收听音频时，第二语音处理模块将存储在第二FLASH缓存单元的音频信号经过解码、解压、D/A转换后通过输出接口输出到语音输出模块中，由语音输出模块播放音频。

优选的，输出接口与语音输出模块连接，语音输出模块包括耳机或喇叭。

优选的，第一语音处理模块与第二语音处理模块的主控芯片均为SPCE061A单片机。

优选的，第一无线传输模块和第二无线传输模块均为nRF2401无线收发模块。

优选的，MP3模块包括控制芯片STC11L16XE单片机、语音解码芯片VS1003B和SD卡，控制芯片STC11L16XE单片机的输出端分别连接语音解码芯片VS1003B和SD卡，语音解码芯片VS1003B和SD卡之间双向通信，语音解码芯片VS1003B的输出端与语音输出模块连接。

优选的，语音发射端包括MP3模块和语音输出模块，MP3模块与第一语音处理模块连接，且MP3模块与语音输出模块连接，语音发射端能选择收听MP3模块中的音频，MP3模块中的音频通过语音输出模块播放。

优选的，MP3模块与第二语音处理模块连接，第二语音处理模块包括若干个播放控制键，播放控制键控制第二语音处理模块读取MP3模块中的音频，并通过语音输出模块输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的基于单片机的导游机服务系统包括语音发射端和语音接收端两个部分，且每个部分均有语音采集模块、语音处理模块和无线传输模块，可以实现导游带队的讲解游客收听功能，以及游客自助游时能够自主选择收听内容的功能，市面上的导游机一般只能实现单向通信，而本系统可以实现双向通信，解决了导游与游客间的语音双向传输的难题。

再者，在本发明的设计过程中首先完成了语音采集模块的设计，通过分析计算，采用噪声最小的方案；其次完成了语音处理模块的设计，采用SPCE061A内部32K的FLASH缓存单元作为缓存，解决了语音采集速度与无线数据传输速度的匹配；然后采用nRF2401无线模块传输语音数据，编写对应的语音无线传输系统的通信程序；最后，基于MP3模块编写相应的控制程序，实现按键播放对应景点讲解的功能。设计制作了导游机系统的原理样机，并对样机进行了整体性能测试，得到了该系统的传输速率和传输距离。

在本发明的优选方案中，两个语音处理模块均采用低成本的SPCE061A单片机，相比以往的控制芯片和语音处理芯片相结合的语音处理方式，本发明实现了低功耗的语音传输方案。另外，本发明的两个无线传输模块均采用高速率的无线传输模块nRF2401，传输距离相比普通的导游机更远，语音信号更稳定。

本发明还可以设置播放控制键控制MP3模块输出内部SD卡存储的音频信号，满足了游客在不同景点想听不同景点讲解的需要，还可以在SD卡中存储音乐等音频，在景点与景点之间的路途中可以给游客提供更多的优美音乐，给游客带来更美好的旅游时光。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的基于单片机的导游机服务系统的总体结构框图；

图2是本发明的无线传输模块nRF2401与SPCE061A单片机接口电路图；

图3是本发明的无线传输模块nRF2401发送语音数据流程图；

图4是本发明的无线传输模块nRF2401接收语音数据流程图；

图5是本发明的语音发射端的结构框图；

图6是本发明的语音接收端的结构框图；

图7是本发明的MP3结构框图；

图8是本发明的整体系统工作流程图；

图9是本发明测试系统时所采集的波形图；

图10是本发明测试系统时语音接收端接收到的语音的波形图。

具体实施方式

如图1-7所示，本发明提供的基于单片机的导游机服务系统，包括语音发射端和语音接收端，语音发射端包括第一语音采集模块、第一语音处理模块和第一无线传输模块，第一语音采集模块的输出端连接第一语音处理模块输入端，第一语音处理模块的输出端连接第一无线传输模块；语音接收端包括第二语音采集模块、第二语音处理模块、第二无线传输模块、MP3模块和语音输出模块，第二无线传输模块与第一无线传输模块通信，第二无线传输模块的输出端与第二语音处理模块的输入端连接，第二语音处理模块的输出端与语音输出模块的输入端连接，MP3模块与第二语音处理模块连接，且第二语音处理模块控制MP3模块输出音频信号，第二语音采集模块与第二语音处理模块连接；导游机服务系统的语音发射端通过第一语音采集模块采集音频信号，将音频数据输入第一语音处理模块中，当语音接收端需要接收音频时，第一语音处理模块读取相应的音频数据以数据包的形式从第一无线传输模块发送至第二无线传输模块，语音接收端收到数据后，输入到第二语音处理模块中，经第二语音处理模块处理后通过语音输出模块播放；语音接收端能选择收听MP3模块中的音频，MP3模块中的音频通过语音输出模块播放。

作为一种优选的实施方式，第一语音采集模块与第二语音采集模块均包括麦克风；语音发射端和语音接收端均通过麦克风采集音频信号，将音频信号转化成电信号传送至第一语音处理模块或第二语音处理模块。第一语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的前置放大器、A/D转换器、采样单元、编码压缩单元和第一FLASH缓存单元，第一语音处理模块将第一语音采集模块采集到的音频信号经过放大、A/D转换、采样滤除噪音、编码、压缩后存入第一FLASH缓存单元。第二语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的第二FLASH缓存单元、解码解压单元、D/A转换器和输出接口，第二语音处理模块将接收到的音频信号先存入第二FLASH缓存单元，当用户需要收听音频时，第二语音处理模块将存储在第二FLASH缓存单元的音频信号经过解码、解压、D/A转换后通过输出接口输出到语音输出模块中，由语音输出模块播放音频。

作为一种优选的实施方式，输出接口与语音输出模块连接，语音输出模块包括耳机或喇叭。

作为一种优选的实施方式，第一语音处理模块与第二语音处理模块的主控芯片均为SPCE061A单片机。第一无线传输模块和第二无线传输模块均为nRF2401无线收发模块。

作为一种优选的实施方式，MP3模块包括控制芯片STC11L16XE单片机、语音解码芯片VS1003B和SD卡，控制芯片STC11L16XE单片机的输出端分别连接语音解码芯片VS1003B和SD卡，语音解码芯片VS1003B和SD卡之间双向通信，语音解码芯片VS1003B的输出端与语音输出模块连接。MP3模块与第二语音处理模块连接，第二语音处理模块包括若干个播放控制键，播放控制键控制第二语音处理模块读取MP3模块中的音频，并通过语音输出模块输出。

作为一种优选的实施方式，语音发射端包括MP3模块和语音输出模块，MP3模块与第一语音处理模块连接，且MP3模块与语音输出模块连接，语音发射端能选择收听MP3模块中的音频，MP3模块中的音频通过语音输出模块播放。

下面详细介绍本发明提供的基于单片机的导游机服务系统具体设计方案。

一、系统总体设计方案

该导游机服务系统以SPCE061A单片机为主控器，通过nRF2401无线收发模块收发语音数据。本发明由两套SPCE061A和nRF2401组成，语音采集模块的麦克风采集语音，语音信号经过SPCE061A单片机A/D转换、压缩后被放到SPCE061A内部的FLASH缓存单元中，再经过nRF2401发射出去。另外一套从nRF2401中收到数据，该数据经过SPCE061A解压、D/A转换后，经过功放输出到输出接口，通过耳机或喇叭即可收听到相应的语音。

上述两套结构分别为语音发射端和语音接收端，两套结构之间的传输是通过一对无线射频模块实现的，本系统的总体结构如图1所示。

总体来看，本发明包括语音采集模块、无线传输模块、语音处理模块和MP3模块、语音输出模块。

1、语音采集模块

语音采集模块实现对语音的采集。人能听到的声音频率范围一般为20Hz-20000Hz，一般语音频率最高为3400Hz。根据采样定理，当采样频率大于信号的两倍带宽时，采样过程就不会丢失信息。本发明中语音采样频率定为8kHz，实现了对语音的高音质采集。本导游机系统的主控器是SPCE061A单片机，时钟最高频率为49MHz，具有高速运算的优势。

采集到的语音信号如果直接输入到无线传输模块nRF2401，将受到无线传输模块nRF2401执行速度的影响，造成语音数据的丢失，为了解决语音采集的高速数据与无线传输模块nRF2401之间的速度匹配，本发明采用SPCE061A单片机自身的FLASH缓存单元作为缓存。在语音采集过程中，SPCE061A单片机不断从FLASH缓存单元中读取语音数据，输入到无线传输模块nRF2401中进行下一步的发射操作。

语音采集模块完成语音数据的采集，把采集到的数据送给无线传输模块nRF2401。本发明中语音通过麦克风后转换为电信号，然后在AD转换中以一定的速率将模拟信号转换为数字量。AD采样的频率越高，语音的音质越好，但需要的存储空间越大。对于语音，使用8KHz的采样率就可以获得较好的效果，SPCE061A单片机采集语音时采用8KHz的采样率。

语音采集模块基于SPCE061A单片机，选用驻极体电容麦克风作为拾音器，实现对语音的采集。驻极体麦克风体积小、结构简单、性能好且价格低廉，应用非常广泛。由于SPCE061A单片机控制下的语音采集速度大于无线传输模块nRF2401的执行速度，所以将采集到的语音数据存入SPCE061A单片机的FLASH中作为缓存，将高速的语音数据暂时存储，便于无线传输模块nRF2401读取。

2、无线传输模块

无线传输模块是语音数据传输的通道，完成数据的发送和接收。本发明选用Nordic公司的无线传输模块nRF2401，工作频段为2.4GHz，支持250kbps和1Mbps传输速率。由于该无线传输模块nRF2401每次发送的数据不能超过32字节，所以SPCE061A单片机从FLASH缓存单元读取数据后，按照通信协议将数据处理为数据包，以数据包的形式完成语音数据的发射。无线接收模块接收到数据后，将语音数据输入到FLASH缓存单元中，SPCE061A进行后续的解码播放处理。

(1)无线传输模块硬件设计

无线传输模块采用两块无线传输模块nRF2401实现语音数据的发送和接收。在本模块中，语音经过麦克风、A/D转换和压缩编码后存入片内编码队列，编码队列存满后，语音数据包被写入FLASH缓存单元中。在SPCE061A单片机的控制下，通过SPI总线将一帧语音数据写入无线传输模块nRF2401进行无线发送。语音接收端收到数据后，SPCE061A读取数据，将接收到的数据通过SPI总线读到FLASH缓存单元中，FLASH缓存单元中的压缩数据被取出后送入解码队列，通过解压，D/A转换后进行播放。

无线传输模块nRF2401配备了50欧，增益为2dBi的天线，增加了无线传输模块nRF2401收发的距离，晶体选用高质量、低温飘的16M晶体，提高了收发模块频率的准确性与一致性，避免出现由于频率的差异造成的通讯上的不稳定。

SPCE061A单片机本身不带有SPI接口，本发明中利用I/O口模拟SPI总线时序实现SPCE061A单片机与无线传输模块nRF2401的通信，SPI总线接口简单，传输速率高，可以实现单片机与各种外围器件全双工、同步串行的通信，只需要四条线即可，占用接口线少，因此，语音发射端和语音接收端的SPCE061A单片机与无线传输模块nRF2401采用SPI通信方式连接。无线传输模块nRF2401与SPCE061A单片机接口电路如图2所示，无线传输模块nRF2401的引脚CE、CLK1、DATA1、DR1，实现单片机与无线传输模块nRF2401的数据交换。PWR_UP、CE、CS用来控制无线传输模块nRF2401的工作模式。引脚PWR_UP控制芯片是否处于开机模式。DR 1引脚为数据发送或接收完毕的中断引脚，当DR1为高电平时，开启数据接收；当SPCE061A单片机读取完数据后，DR1自动转为低电平。DR1引脚由SPCE061A单片机的引脚IOB3(下降沿触发)外部中断控制，可以检测单片机是否读取完语音数据。CE引脚是使能端，控制无线传输模块nRF2401处于接收或发送状态。

(2)无线传输模块软件设计

无线传输模块nRF2401的工作模式有4种，分别为收发模式、配置模式、空闲模式和关机模式。收发模式有ShockBurstTM收发和直接收发模式，本发明采用ShockBurstTM收发模式。在ShockBurstTM收发模式中，无线传输模块nRF2401芯片内部的堆栈区被用到，语音数据以低速从SPCE061A中送入无线传输模块nRF2401堆栈区，高速被无线传输模块nRF2401发射，减小了无线传输模块nRF2401的功耗。在这种收发模式下，实现了用低速的单片机也能得到很高的射频语音数据发射速率，并且语音信号在空中停留时间短，提高了抗干扰性。

由于无线传输模块nRF2401采用ShockBurstTM收发模式，在此模式下，编程较为简单，且稳定性高。SPCE061A单片机通过改变ShockBurstTM的配置字，改变最低字节中的内容，可以实现接收模式和发送模式的切换，使通信协议比较简单。ShockBurstTM的配置字有以下四个部分：

A、数据宽度：确定数据包中的有效数据占用的位数，便于SPCE061A单片机区分接收到的数据包中的数据和校验码。

B、地址宽度：确定数据包中的地址占用的位数，使SPCE061A单片机能区分地址和数据。

C、地址：接收数据的地址。

D、CRC：使SPCE061A单片机能够生成CRC校验码，便于SPCE061A单片机校验是否为正确的数据包。

语音采集模块的麦克风采集到语音后，经过A/D转换、压缩编码后进入SPCE061A单片机的FLASH缓存单元中，无线传输模块nRF2401在SPCE061A单片机控制下，CE被设置为高电平，无线传输模块nRF2401开始工作。接收端的无线传输模块nRF2401接收通道1的地址和待发射的FLASH缓存单元中的语音数据按时序被送入无线传输模块nRF2401的堆栈区。SPCE061A单片机将CE置低，开启无线传输模块nRF2401的ShockBurstTM模式发射语音数据。堆栈区中的数据被打包，加上字头和CRC校验码。1个字节的字头+1个字节的接收地址+24个字节的有效语音数据+1个字节的CRC校验位构成了数据包，数据包被无线传输模块nRF2401高速发射出去，发射完成后，无线传输模块nRF2401重新回到待机模式。无线传输模块nRF2401发送语音数据流程图如图3所示。

语音接收端在SPCE061A单片机控制下，完成无线传输模块nRF2401配置，保证接收端的无线传输模块nRF2401的配置与发射端配置字的地址和数据包的格式一致。SPCE061A单片机将CE置高，无线传输模块nRF2401开始工作。经过200us后，无线传输模块nRF2401等待数据包的到来。接收数据包后，经过确认是否有正确的接收通道的地址和CRC校验码。若数据包正确，接收端的无线传输模块nRF2401自动把字头、接收地址和CRC校验码移去。DR 1引脚被置高，引起SPCE061A单片机的中断。SPCE061A单片机将语音数据从无线传输模块nRF2401读出，被送入FLASH缓存单元中，等待后续处理。语音数据包读取完后，DR 1被置低。如果CE引脚为高电平，继续等待接收下一个数据包；如果CE为低电平，返回。无线传输模块nRF2401接收语音数据流程图如图4所示。

(3)语音处理模块

SPCE061A单片机具有专门用于语音功能的ADC通道(MIC_IN)，为语音输入提供了便利。SPCE061A单片机内置有自动增益电路和放大器，模拟信号经麦克风、自动增益电路和放大器后进行A/D转换，仅需要极少的外围电路就可完成语音处理的功能。

设计SPCE061A单片机最小系统，以实现对语音的A/D处理、压缩、存储、解压、D/A处理、播放和输出。

如图5所示，语音处理模块的核心模块为SPCE061A单片机，SPCE061A单片机为16位单片机，内部带有数据处理功能的16位微处理器芯片，运算速度快，具有DSP功能的16位乘法器和内积运算，能够执行复杂的压缩算法。该单片机有32个通用IO端口、2个16位定时器/计数器、32K字的FLASH缓存单元、2K字SRAM数据存储器、锁相环振荡器、ICE在线仿真电路接口、串行输入输出接口DART、串行设备输入输出接口SIO等部分。与一般的单片机相比，SPCE061A单片机在片内载有FLASH缓存单元和AD/DA，对于开发语言功能产品提供了便利。SPCE061A单片机的指令系统效率比较高，开发起来比较容易。芯片内部有MIC接口，专门用来作为音频转换通道。另外，SPCE061A单片机为用户提供了丰富的库函数，包括语音录放库函数。

在发送端，语音经过麦克风采集后，经过A/D转换、压缩编码后，语音数据被送入编码队列。编码队列填满后，语音数据被取出，写入SPCE061A单片机的FLASH缓存单元中。FLASH缓存单元中的语音数据在SPCE061A单片机的控制下，被送入无线传输模块nRF2401被发射出去。在语音发射端和接收端FLASH缓存单元作为缓存，暂时存储语音数据。语音发射端的结构框图如图5所示。

在接收端，无线传输模块nRF2401收到语音数据后，语音数据被存放到FLASH缓存单元中。在SPCE061A单片机控制下，语音数据从FLASH缓存单元中被取出，送入解码队列，经过解压、D/A转换后，播放出来。语音接收端的结构框图如图6所示。

4、MP3模块

对MP3模块进行编程，实现直接选段播放模式，通过按键播放对应的语音文件。MP3模块采用的专业的语音解码芯片VS1003B，音质优美，适合作为自助游时为游客提供讲解和音乐播放功能。

本发明采用了MP3模块，有了MP3模块游客在游览过程中可以选择听音乐或是选择自助游。在自助游的模式下，通过选择按动播放控制键，即可收听到MP3模块的SD卡中存储的景点讲解信息。MP3模块主要包括控制芯片STC11L16XE单片机、语音解码芯片VS1003B和SD卡。将景点的讲解词、音乐及其他娱乐音频存储在SD卡中，在SPCE061A单片机的控制下实现播放SD卡的功能。

STC11L16XE单片机是MP3模块的核心控制器，管理SD卡和解码芯片。此外STC11L16XE还要管理SD卡中的文件系统，实现查找文件等功能。存放在SD卡中音频文件首先被STC 11L16XE单片机读取到自己的RAM中，RAM作为缓冲区。缓冲区存满后被送入解码芯片VS1003B，经过解码后播放出来。MP3结构图如图7所示。

二、系统的工作原理

系统的工作原理：本发明提供的导游机系统通过麦克风采集语音信号，将语音数据输入SPCE061A单片机的FLASH缓存单元中，SPCE061A单片机从FLASH缓存单元中读取数据以数据包的形式从无线传输模块nRF2401发送，导游机接收端收到数据后，输入到FLASH缓存单元中，经SPCE061A单片机处理后可播放。本系统的工作流程如图8所示。

导游机系统的工作流程：主控器SPCE061A单片机和无线传输模块nRF2401初始化后，麦克风开始采集语音，并将数据写入到FLASH缓存单元中，每产生一帧编码数据，将被送入无线传输模块nRF2401，进行发送；SPCE061A单片机不断检测key1是否被按下，如果没有，将作为接收端，准备接收语音数据。

语音接收端在完成初始化后，不断检测是否有数据到来，如果检测到语音数据，将启动无线数据接收，SPCE061A单片机不断接收语音数据，存入FLASH缓存单元中，经过SPCE061A单片机处理后进行播放。

麦克风采集到的语音数据数据量比较大，对这些语音数据直接进行存储和传输是不现实的。所以在本系统中涉及到了压缩编码，即将采集到的语音数据编码压缩，实现用较小的数据量来存储和传输语音。

导游机系统中的语音是实时收发的，在实时接收时还需要对语音数据进行校验。SPCE061A单片机在播放语音时还要不断地接收语音数据并对其校验，所以在系统中需要设置数据缓冲区，提高了系统的工作效率，各项工作之间不必互相等待。在语音采集模块软件设计中，需要设置语音样本队列和编码队列。麦克风采集到的语音数据先存放到语音样本队列中，当样本队列中的语音数据构成一个语音数据包时，将其取出进行压缩编码；压缩编码后的数据被送入编码队列，编码队列填充满后被送入FLASH缓存单元进行存储。在语音处理模块软件设计中，设置解码队列缓冲区和播放队列缓冲区。在FLASH缓存单元中读取数据后，语音数据先被存入解码队列，当解码队列中的数据达到一个数据包时，将其取出进行解码；解码后的数据被送入播放队列，在定时器控制下，从播放队列中取出语音数据进行数模转换，经过功放后，语音被播放出来。

三、系统测试

导游机服务系统主要包括4个功能模块：语音采集模块、无线传输模块、语音处理模块不II MP3模块。其中涉及了SPCE061A单片机、无线传输模块nRF2401,STC11L16XE单片机、VS 1003B解码芯片和SD卡。下面将对4个模块分别进行测试，最后组合起来进行系统的整体测试，验证是否可以实现系统的功能，测试系统的传输距离，通过分析实验结果，证明了本系统的可行性。

1、语音采集模块和语音处理模块的测试

麦克风在SPCE061A单片机的控制下，进行语音采集，语音数据存入SPCE061A单片机的FLASH缓存单元中。通过对SPCE061A单片机相应的控制，播放录制的语音，判断语音是否达到要求。

麦克风的灵敏度是指在一定的外部声压下，麦克风所产生的音频信号电压的大小，单位为Mv/Pa或dB。一般来说，驻极体话筒的灵敏度为0.5～10Mv/Pa或-66～-40dB。灵敏度越高，相同语音下所产生的音频信号电压幅度也越大。

测试语音模块是否可以实现播放语音，而且可以测试麦克风是否可以正常采集语音。测试过程如下：语音经麦克风转换为电信号，经过AD转换、压缩编码后被存入FLASH缓存单元，然后将FLASH缓存单元中的语音播放出来，用示波器采集输出波形。

在SPCE061A单片机的开发软件unSPIDE中编写一段录音程序。将采集到的语音存入FLASH缓存单元中，并播放。语音录放程序如下：

录音子程序：

放音子程序:

中断服务程序:

测试时，在系统的麦克风处放置手机，将手机的音乐播放器打开，作为语音源。在手机的耳机孔插入耳机，将耳机的线引出，接到示波器的探头上，获得发送端的音乐的波形。手机播放的音乐通过系统的麦克风，实现录音，存入SPCE061A单片机的FLASH缓存单元。FLASH缓存单元中的语音播放出来，在语音的输出部分J2接口(接外放喇叭)的1引脚接上示波器的探头，选择示波器的CH1通道，得到经过SPCE061A单片机处理后的语音的波形。

采集到的波形如图9所示：从图9(a)和图9(b)中可以看出，语音输入的波形和输出的波形总体保持一致，说明本系统可以实现语音采集和语音处理的功能。

2、系统的传输距离测试

系统的硬件测试平台，语音发射端，主要包括SPCE061A单片机、语音采集模块、语音处理模块和无线传输模块nRF2401，实现语音采集并无线发送语音数据。语音接收端，主要包括SPCE061A单片机、语音处理模块、语音采集模块、无线传输模块nRF2401和MP3模块，负责语音接收并进行语音处理实现语音播放，此外通过MP3模块可以实现自助游。本系统的无线传输模块nRF2401采用带有2.4GHz的天线的无线传输模块nRF2401而没有采用板载PCB天线的模块，大大提高了传输距离。

本测试进行了两次，第一次测试地点为实验室内，主要测试了系统是否可以完整地传输语音信息。在语音发射端，将手机的音乐播放器打开，作为语音源。在手机的耳机口插上耳机，将耳机的线引出，将其接到示波器的触头上，得到发送端音乐的波形。语音发射端的音乐经过无线传输模块nRF2401发送出去，语音接收端接收并播放出来。在语音接收端的语音输出端接上示波器触头，采集语音波形。在示波器得到的波形如图10所示。

从图10(a)和图10(b)中可以看出，发送端的波形和接收端的波形基本上保持一致，即实现了语音的成功传输，没有出现失真。

第二次测试地点为学校外的马路上，车流量低，风速较小，测试时间为上午。发送端固定，接收端自由移动。系统的发送端和接收端的电源采用笔记本的USB供电。在没有遮挡物的情况下，分别测试了传输距离为100米、200米、300米、400米和450米的语音无线传输情况。测试结果如表1所示。

表1传输距离测试结果

测试距离	语音质量	语音效果
			100米	音质很好	语音接收端每次都可以接收到，语音流畅、清晰
200米	音质较好	语音接收端每次都可以接收到，语音可以清晰辨认
			300米	音质一般	语音接收端每次都可以接收到，语音可以辨认
400米	音质较差	语音接收端每次都可以接收到，语音可以模糊辨认

450米

音质失真

语音接收端每次都可以接收到，语音不能辨认

从表1可以看出，传输距离增加到400米时，语音接收端的音效一直很清晰，没有出现丢包现象，每帧语音数据是完整的。当传输距离达到450米时，语音数据传输过程中出现丢包现象，随着距离的增大，丢包越来越严重，语音接收端出现失真。经过测试，本系统在空旷地的传输距离约为400米。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，包括语音发射端和语音接收端，所述语音发射端包括第一语音采集模块、第一语音处理模块和第一无线传输模块，所述第一语音采集模块的输出端连接所述第一语音处理模块输入端，所述第一语音处理模块的输出端连接所述第一无线传输模块；所述语音接收端包括第二语音采集模块、第二语音处理模块、第二无线传输模块、MP3模块和语音输出模块，所述第二无线传输模块与所述第一无线传输模块通信，所述第二无线传输模块的输出端与所述第二语音处理模块的输入端连接，所述第二语音处理模块的输出端与所述语音输出模块的输入端连接，所述MP3模块与所述第二语音处理模块连接，且所述第二语音处理模块控制MP3模块输出音频信号，所述第二语音采集模块与所述第二语音处理模块连接；所述导游机服务系统的所述语音发射端通过所述第一语音采集模块采集音频信号，将音频数据输入所述第一语音处理模块中，当所述语音接收端需要接收音频时，所述第一语音处理模块读取相应的音频数据以数据包的形式从所述第一无线传输模块发送至所述第二无线传输模块，所述语音接收端收到数据后，输入到所述第二语音处理模块中，经所述第二语音处理模块处理后通过所述语音输出模块播放；所述语音接收端能选择收听所述MP3模块中的音频，所述MP3模块中的音频通过所述语音输出模块播放。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述第一语音采集模块与所述第二语音采集模块均包括麦克风，所述语音发射端和所述语音接收端均通过所述麦克风采集音频信号，将音频信号转化成电信号传送至所述第一语音处理模块或所述第二语音处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述第一语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的前置放大器、A/D转换器、采样单元、编码压缩单元和第一FLASH缓存单元，所述第一语音处理模块将所述第一语音采集模块采集到的音频信号经过放大、A/D转换、采样滤除噪音、编码、压缩后存入所述第一FLASH缓存单元。

4.根据权利要求3所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述第二语音处理模块包括按语音信号传输方向依次连接的第二FLASH缓存单元、解码解压单元、D/A转换器和输出接口，所述第二语音处理模块将接收到的音频信号先存入所述第二FLASH缓存单元，当用户需要收听音频时，所述第二语音处理模块将存储在所述第二FLASH缓存单元的音频信号经过解码、解压、D/A转换后通过输出接口输出到所述语音输出模块中，由所述语音输出模块播放音频。

5.根据权利要求4所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述输出接口与所述语音输出模块连接，所述语音输出模块包括耳机或喇叭。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述第一语音处理模块与所述第二语音处理模块的主控芯片均为SPCE061A单片机。

7.根据权利要求6所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块均为nRF2401无线收发模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述MP3模块包括控制芯片STC11L16XE单片机、语音解 码芯片VS1003B和SD卡，所述控制芯片STC11L16XE单片机的输出端分别连接所述语音解码芯片VS1003B和所述SD卡，所述语音解码芯片VS1003B和所述SD卡之间双向通信，所述语音解码芯片VS1003B的输出端与所述语音输出模块连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述语音发射端包括MP3模块和语音输出模块，所述MP3模块与所述第一语音处理模块连接，且所述MP3模块与所述语音输出模块连接，所述语音发射端能选择收听所述MP3模块中的音频，所述MP3模块中的音频通过所述语音输出模块播放。

10.根据权利要求8所述的一种基于单片机的导游机服务系统，其特征在于，所述MP3模块与所述第二语音处理模块连接，所述第二语音处理模块包括若干个播放控制键，所述播放控制键控制所述第二语音处理模块读取所述MP3模块中的音频，并通过所述语音输出模块输出。