摘要：为了增强车载仪表系统的辅助驾驶功能，设计了一种具有语音功能的智能车载仪表系统，该系统采用SPCE061A单片机为控制核心，配以传感器单元、显示/键盘、扬声器等几个部分。工作时，系统将各个传感器检测到的数据在液晶显示器上进行显示，并当驾驶员按下语音播放按键时，系统采用SACM_A2000语音算法开始播放车速、油箱油量、冷却液温度等关键参数值。为了提高播放参数的实效性，软件设计中采用先播放该参数的初始化语音，再对该参数进行检测及播放。仿真结果表明，该系统设计方案合理可行，参数实时性好，具有语音清晰、成本低廉、抗干扰性强等特点，可以广泛应用于各种车辆仪表中。

关键词：汽车仪表;SPCE061A;语音播放;传感器

Abstract: Design an intelligent car carrier instrument system with voice function to strength the assistant driving function. The system adopts SPCE061A single chip as the control core, together with sensor unit、display/keyboard、reproduce and other parts . At work, the system displays the data detected by sensor on the LCD and adopts SACM_A2000 voice algorithms tobegin to broadcast the rate of the vehicle、the oil mass of the tank 、the temperature of the cooling liquid and other key parameters， when the driver presses the bottom of the voice broadcast. To enhance the effectiveness of the broadcast parameters, firstly, broadcast the initial voice of the parameters; then, detect and broadcast the parameters in the software design. Simulation results show that the system with the advantage of reasonably practicable design 、 good real-time parameters and clear voice. And the system with low-cost and anti-interference can widely use in various types of vehicles Instruments.

Keyword: vehicle instrument ;SPCE061A;Voice broadcast;Sensor

1前言

汽车仪表是驾驶员与车辆进行信息交流的重要接口和界面，是安全行驶和经济行驶不可缺少的装置。随着微电子技术的飞速发展和集成技术的日趋成熟，我国车用仪表已经从过去的机械式仪表发展为数字式智能仪表。数字式智能仪表具有检测精度较高、响应速度快、显示信息量大等特点，但是还存在信息显示方式单一、辅助驾驶功能欠缺等不足之处。在现有的数字化智能仪表基础上，我们设计了一种语音车载仪表系统，该系统除了具有数字式仪表的优点外，还可以将车辆的车速、发动机转速、冷却液温度等重要参数通过语音的方式播放，使驾驶员无须观察仪表的液晶板即可以获得车辆信息，同时该系统还具有自动监测报警等功能。例如车速过高时，系统会采用语音方式提醒驾驶员降低车速；油量不足时提醒驾驶员注意补充油料；车辆行驶到一定里程后提醒驾驶员更换车辆机油及车辆检修等。这些措施有力的保障了车辆的安全行驶，提高了车辆的可靠性，使驾驶员能更好的驾驶和维护保养车辆。

2系统总体结构

带语音功能的车载智能仪表系统主要由SPCE061A单片机、传感器单元和仪表显示三部分组成，其中传感器单元和仪表显示部分通过16位单片机SPCE061A协调工作，即由单片机完成对各传感器的数据采集和仪表的显示。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

2.1 控制核心单元

数字式智能车载仪表的控制核心要求具有强大的数据采集能力，复杂的计算能力与快速音频处理能力，同时为了适应车辆的恶劣工况环境，还应具有稳定性好、抗干扰性要强等特点。因此，该系统选用SPCE061A单片机作为整个仪表系统的控制核心。

SPCE061A单片机是将控制功能、数据处理功能以及数字信号处理（DSP）功能集与一身的一种新型16位单片机，它的内核电压仅为3.3V，CPU工作频率达49MHZ，并且SPCE061A单片机内部具有8通道10位模数转换器，温度传感器与油量传感器所采集的信号可以直接通过单片机的IOA1与IOA2引脚输入单片机内部进行处理，从而简化了系统的硬件电路，增强了系统抗干扰性能，提高了系统稳定性。

2.2传感器单元

系统传感器单元主要分为测速传感器、温度传感器和油位传感器三类。单片机通过这三类传感器来确定车辆的当前车速、冷却液温度、发动机转速以及油箱油量。

2.2.1测速传感器

测速传感器1主要由一个红外发光二极管、一个红外接收三极管和一个斯密特触发器组成。将红外发光二极管与红外接收三极管安装于车辆转轴两侧，转轴边缘具有一个透光孔，当转轴转动时，红外接收三极管的集电极会出现高低电平变化，通过斯密特触发器整波，将脉冲信号送入单片机内部进行计算，获得车速和行驶里程。测速传感器1与SPCE061A单片机的IOB2引脚连接，测速传感器1所产生的脉冲信号作为计算器A的计数脉冲信号。测速传感器2安装在发动机的动力输出轴上，与SPCE061A单片机的IOB3引脚连接，同样可获得发动机的转速。

2.2.2温度传感器与油位传感器

温度传感器采用电阻式传感器，用于冷却液温度的检测。当冷却液温度变化时，该传感器的热敏电阻的阻值也会随之变化。温度传感器与SPCE061A的模数转换引脚IOA1连接，单片机通过监测IOA1引脚电压的变化，就可以获得冷却液的当前温度。

油位传感器是利用被测介质面变化而引起电容变化的介质型电容传感器。当被测液面高度发生变化时，两同轴电极间的介电常数将随之发生变化，从而引起电容量的变化，通过电容量的检测，就可以测量出油位的高低。油位传感器与SPCE061A单片机的模数转换引脚IOA2连接。

2.3 液晶显示模块

LCD显示屏由SPLC501A芯片负责驱动，用于显示车速、总里程、发动机转速、油量等检测参数。SPLC501A可以直接与SPCE061A单片机相连，所以SPCE061A单片机只需向SPLC501A芯片输入要显示的数据，该芯片就会将数据在LCD中显示出来。

2.4按键及音频接口

语音播放按键采用独立式按键结构，当驾驶员按下该键时，系统将车辆的车速、油量等关键数据通过音频电路播放出来。音频电路由LM386功率放大器播放。其中音量由电位器R2调节，通过C4,C2与R1滤除高频杂音信号（阻容式低通滤波电路）,由C3，C1隔离直流信号。功率放大器输入端直接与SPCE061A单片机的数/模转换引脚DAC1连接。放音过程中，SPCE061A 单片机首先将存储器中存储的语音库文件选取出，并进行语音填充解码，然后以8KHz的速率进行D/A转换输出，经功率放大电路放大后播放出洪亮的语音提示。接口电路如图2所示。

图2按键及音频接口电路

3 软件设计

该系统软件采用汇编语言与C语言混合编写，并且全部采用模块化编程，减少程序模块之间的关联，提高软件的抗干扰。整个软件包含的模块为：系统上电初始化模块、数据采集和处理模块、液晶显示模块、语音播放模块等。

3.1主程序

主程序主要完成各种数据的采集、处理和显示，并且对于车辆超限工作状态会自动发出报警提示。当用户按下语音播放按键时，主程序中断，进入语音播放中断服务子程序。主程序流程如图3所示。

图3 主程序流程图

3.2语音播放中断服务子程序

该系统中，我们将语音文件库设置为两大类：固定语音文件库和基本语音文件库。因为每个参数的语音播放中都有随机性数据，所以必须采用查询基本语音库的方法播放随机性数据部分。播放语音的整个过程可以分解为固定的语音播放和动态的语音播放，固定的语音播放直接调用对应的语音文件即可，对于动态的语音部分，必须将数据拆成一个一个的数值，再调用基本语音文件库给出的0-9基本语音文件，同时结合该数值相应的权，才可以完成各个动态数据的播放。为了提高参数的实效性，我们在中断服务子程序的设计中采用先播放该参数的固定语音部分，再对该参数进行检测，然后再进行分解及播放。语音子程序流程如图6所示。

图4 语音播放子程序流程图

4总结

本系统的创新点在于设计了一种具有语音功能的车载智能仪表，并且给出了一种合理的音频算法，从而在车载仪表中实现了信息输出的多途径化。另外该系统充分发挥了SPCE061A强大的语音处理能力，并且在硬件设计中简化了外围电路，提高了系统的抗干扰能力和可靠性，使该系统在各种气候条件和恶劣环境下都能够可靠、稳定地工作，可以广泛应用于各种车辆仪表中。