一种可编程式智能语音播报装置的制作方法

本实用新型涉及智能安全提示设备领域，具体说涉及一种可编程式智能语音装置。

背景技术：

工业语音模块是实现工业现场安全生产的必备设备之一，主要应用于发电厂、钢厂等一线作业现场。目前市场上常见的工业现场语音系统，一般由通讯模块、音频播放模块、电源模块等组成，通过通讯协议触发播放内部预置的音频文件来实现语音播报。如实用新型专利《带语音播报功能的清洗机搬运设备》(专利号：201320424754.0)，其设备内的语音模块与PLC控制器通过数字量端子连接，根据数字量的通断直接调用语音模块内提前录制好的语音文件。还有少部分语音系统使用上位机替代语音模块进行播放，实现文本文件的朗读。如实用新型专利《一种用于铁路行业的智能语音报警测试装置》(专利号：201620674920.6)，通过PLC控制器或上位机处理采集的数据，并将处理完成的报警信息通过语音合成单元利用扬声器进行播报。上述两种方式具有结构简单、技术成熟、成本较低的特点。

但当播报内容复杂，尤其是读取内容无规则变化时，提前录制的语音文件就无法满足实际需求，必然影响作业现场秩序。因此开发一种不依赖音频文件和上位机，可对采集的数据自行分析处理，并根据用户的需求进行数据储存保留的可编程式智能语音模块成为亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种不需提前录制语音、数据处理规则可编程、且能够脱离上位机或可编程控制器独立运行的智能语音系统。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种可编程式智能语音播报装置，其特征在于，装置包括：电源电路、通讯电路、数据处理电路、语音合成电路、隔离电路、功放电路、插接件以及电路板；所述通讯电路、数据处理电路、隔离电路、语音合成电路、功放电路依次连接。

进一步的，所述通讯电路、数据处理电路、语音合成电路、隔离电路集成在第一电路板上；所述电源电路和功放电路集成在第二电路板上；所述第一电路板与第二电路板通过插接件拼装连接。

进一步的，所述数据处理电路包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器通过SPI口与所述通讯电路的以太网控制器连接；所述语音合成电路包括合成芯片，所述嵌入式处理器经所述隔离电路的RS232口与所述合成芯片连接。

进一步的，所述数据处理电路还包括不少于8Kbyte的用于以太网通讯缓存的RAM，以及8MByte的用于存储配置与应用数据信息的非易失性存储器。

进一步的，所述合成芯片包括支持UART、SPI两种通讯方式的接口，当用户UART接口资源已被占用时，可选择使用SPI接口。

进一步的，所述功放电路的输出端与扬声器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型可脱离上位机或PLC控制器独立运行，且在使用时不再需要提前录制语音文件，只需要提取网络传输文本对应的字符编码即可播报语音，且音调音色语速可调，极大的提高了灵活性，便于调试、使用；

(2)本实用新型语音内容可编程，语音报文可随意组合，实现带动态变量的语音播报方式。

(3)本实用新型具备数据分析能力，可根据数据数值范围、数值变化率等自动合成语音内容，实现智能化的播报；

(4)本实用新型具备判断能力，可根据预设的优先级智能输出适当的语音信号，提高安全性，避免冲突；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型语音播报系统结构框图；

图2为本实用新型语音播报系统原理框图；

图3为本实用新型数据处理单元电路原理图；

图4为本实用新型语音合成单元电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明的技术方案：

如图1所示为一种可编程式智能语音播报装置，装置包括：电源电路、通讯电路、数据处理电路、语音合成电路、隔离电路、功放电路、插接件以及电路板；所述通讯电路、数据处理电路、隔离电路、语音合成电路、功放电路依次连接。所述通讯电路、数据处理电路、语音合成电路、隔离电路集成在第一电路板上；所述电源电路和功放电路集成在第二电路板上；所述第一电路板与第二电路板通过插接件拼装连接。所述数据处理电路包括嵌入式处理器，所述嵌入式处理器通过SPI口与所述通讯电路的以太网控制器连接；所述语音合成电路包括合成芯片，所述嵌入式处理器经所述隔离电路的RS232口与所述合成芯片连接。所述数据处理电路还包括不少于8Kbyte的用于以太网通讯缓存的RAM，以及8MByte的用于存储配置与应用数据信息的非易失性存储器。所述合成芯片包括支持UART、SPI两种通讯方式的接口，当用户UART接口资源已被占用时，可选择使用SPI接口。所述功放电路的输出端与扬声器连接。

所述通讯电路通过网络传输方式接收待播报信息文本供进一步处理。本实用新型使用时可根据用户自主配置的播报方式，包括报文直接传输语音内容的方式、传输预存语句条目的ID号的方式、传输用于二次运算的数据的方式。如果选择脱离上位机和PLC运行方式，即报文直接传输语音内容的方式，则可根据实际信号自定义配置简单的通讯协议；否则默认遵循固定格式的数据格式协议，所述固定的数据格式为:协议头(包含起始字符串、包序号、包总数、校验方式、有效数据长度等信息)、协议正文(信息文本的GB2312编码或预存数据条目的ID号或用于二次运算的数据)以及协议尾(校验数据，截止字符)。所述协议支持GB2312编码表范围内的数字及中英文数据。

所述数据处理电路，通过通讯单元实现以太通讯，将接收到的待播报信息文本进行处理配置，依据处理结果输出智能匹配的文本编码。所述数据处理电路包括：根据数据控制字符将所述待播报信息文本编译为相应的文本编码的编译模块、作为以太通讯缓存以保证与通讯模块网络传输速度的缓冲模块、用以存储系统配置信息与应用数据信息的存储模块。本实用新型中，所述数据处理单元的编译模块根据配置的播报方式不同，将收到的数据根据协议进行解析和校验以得到待播报的文本编码，或者根据条目ID号从数据处理单元的储存模块中读取要播报的文本编码，或用于进行二次运算的数据。

所述语音合成电路在内部字库中查找与所述文本编码匹配的存储内容，并将所述存储内容合成语音模拟信号。所述语音合成电路包括：接收数据处理单元输出的文本编码并在内部字库中寻找该文本编码对应存储内容的语音解码模块、将由内部字库中提取的相应存储内容进行合成为语音模拟信号的语音合成模块。本实用新型存储了文本编码对应的多种语音语调的发音、多种提示音等信息。进一步的，在内部字库中寻找该文本编码对应的存储内容之前还包括给所有存储内容分配IP地址。进一步的，所述将由内部字库中提取的相应存储内容进行合成还包括：播报内容二次运算、选择播报方式、调整音量及语调、以及拼装提示符。本实用新型中，所述二次运算的数据包括对播报信息进行二次判断并进行相应提示数据，例如通讯传输温度值85，则系统播报“温度过高”；传输温度值-20，则系统播报“温度过低”；传输温度值-32767，则系统播报“温度数错误”。同时，本实用新型系统还可根据实际使用需求通过在文本中插入控制字符如在语音的指定位置输出一个相应的提示音，例如在某一位置插入控制字符“[sound101]”，则表示在语音的指定位置输出一个“叮咚”的提示音。芯片内置了数十种提示音，也可在二次运算时根据预设逻辑来插入不同的提示音，来增加不同播报条目的辨识度。

所述功放电路，将所述语音模拟信号送至扬声器进行播报。

所述供电电路为系统各单元供能，所述隔离电路设置于所述数据处理单元与所述语音合成单元之间、用于保护信号传输过程。

下面结合具体实施例对本发明内容做进一步阐述。

图2为本实用新型工作原理示意图。外部数据从通讯电路进入数据处理电路中，用户可以进行数据处理配置，所述数据处理电路根据处理结果选择匹配的文本编码，匹配语音合成电路内部字库的存储内容并合成语音模拟信号，通过功放电路送到扬声器进行播报。语音合成电路与数据处理电路之间由隔离单元进行保护。

作为本实用新型较佳的实施方式，所述通讯电路选用W5500以太网控制器。数据处理电路优选采用STM32F103VET6处理器及W25Q64非易失性存储器；语音合成电路优选采用SYN6658语音合成芯片；隔离电路优选采用ADUM1402隔离芯片；功放电路选用TPA3111D1功放芯片。

其中，数据处理电路的嵌入式处理器通过SPI口与通讯单元的以太网控制器连接实现以太网通讯，并通过隔离电路的RS232口与语音合成电路的合成芯片连接实现语音解码及合成，芯片支持UART、SPI两种通讯方式，当用户UART串口资源已被占用时，可选择使用SPI接口。所述数据处理单元中除编译器模块及应用程序使用以外保留不少于8Kbyte的

RAM用于以太网通讯缓存，另设计了8MByte的非易失性存储器用于存储配置与应用数据信息。如图3所示，为数据处理单元的芯片引脚连接图。

所述语音合成电路通过硬件的方式来查询语音合成状态(过查询输出引脚Ready/busy的电平，来判断芯片的工作状态)。语音合成电路优选采用SYN6658语音合成芯片实现进行语音解码和语音融合，其与数据处理电路的处理器通过隔离芯片连接。如图4所示为所述语音合成单元的芯片引脚电路图。

本实用新型在使用时，用户使用专用调试软件自由配置本装置的功能，主要包括IP地址的配置、播报内容的二次运算、播报方式的选择、上限音量的调整、语调的确定以及提示符的拼装等功能。专用测试软件主要用来测试该装置运行的情况。该软件可以模拟传感器、上位机、PLC控制器等不同工况下的数据传输过程，通过分析、对比预期结果与采集输出信号的结果来判断本装置运行是否稳定。

本实用新型能够根据接收具体数据内容，无限制的阅读变量信息，且内部集成了专用控制器，可以直接处理一些数据信息，且具有自动分析数据和智能改变播报限制的能力，可直接与工业现场的传感器结合，播报温度、压力、振动、速度等数据。既可与上位机或PLC联网使用，又可以直接读取传感器信息，可推广性极强。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。