一种基于CAN总线接口语音播放模块的实现系统的制作方法

一种基于can总线接口语音播放模块的实现系统
技术领域
1.本发明涉及轨道交通车辆和铁路列车技术领域，特别是涉及一种基于can总线接口语音播放模块的实现系统。


背景技术：

2.随着轨道交通和铁路行业的发展，由于早期的列车广播大多采用处理器读取pcmcia卡存储的语音片段进行软解码播放音频，这种方式对cpu的性能要求较高，同时语音的存储和维护也比较繁琐，需要专用的写卡设备来完成，造成较高成本。
3.如果既有系统需要对音频播放功能升级，那么包括控制主机整个都需要更换，这样不仅造成现有的资源浪费，还需要支付高额的改造费用。另外，由于mcu（控制主机）不仅要实现音频播放功能，还需要对车辆的其他功能进行控制，音频软解码占用了mcu大量资源，导致内存成本增加，而且音频软件解码的实时性较差，无法满足铁路对高质量音频的要求。
4.现有的某工业系统需要加入语音提示功能，如果现有系统是使用低端单片机，那么整个系统结构，包括主单片机都需要更换，才能实现音频播放功能。这样无形中提高了设备升级的难度和成本，不便于产品升级更新。


技术实现要素：

5.为了对上述现有技术的不足和补充以及当前工程项目的需求，本发明提供一种基于can总线接口语音播放模块的实现系统，以便通过标准的工业can总线接口对播放模块进行指令控制；语音模块通过硬件化音频解码芯片独立于工控设备mcu运作，提高了mcu的处理速度，优化了mcu的功能结构，满足铁路列车、早期工业设备对语音播放和语音提示的要求；另外，硬核音频解码模块优化了mcu的功能结构，使得低端单片机结构的系统无需更换单片机和增加软件开发成本，缩短了产品开发时间，便于产品更新。
6.本发明所采用的技术方案是：涉及一种基于can总线接口语音模块的实现系统，其特征在于:包括：can总线接口模块、主控制模块、sd卡存储模块、状态指示灯、usb接口模块、mp3解码模块、音频放大器模块；所述主控制模块用于系统初始化、启动看门狗,系统初始化包括：配置can总线接口模块的参数信息，用于根据can协议实现接收外部mcu的操作指令；配置sd卡模块的参数信息，用于实现存储预录音频文件；配置usb接口模块的参数信息，用于实现pc上位机快速下载预录音频文件到sd卡；配置mp3解码模块的参数信息，用于实现音频信息的d/a转换，输出模拟音频信号；配置i/o用于控制led状态指示灯工作。
7.根据上述配置完成后可以实现外部mcu通过can接口操作语音模块播放音频,具体步骤包括：
can总线接口模块根据can协议，将外部mcu通过can总线发送的报文信息进行解析，在依次通过所述主控制模块进行逻辑判断，主控制模块根据分析结果从sd卡存储模块读取对应的音频文件；主控制模块再把音频文件的数据信息写入mp3解码模块中；mp3解码模块按照所配置的参数信息，实现音频数据信息的d/a转换，输出模拟音频信号，模拟音频接入音频放大器进行信号放大和加强处理，经过放大的模拟音频信号接入扬声器输出清晰的语音广播，同时点亮led状态指示灯，表示广播正在进行中。
8.所述的主控制模块分别与can总线接口模块、sd卡存储模块、usb接口模块、mp3解码模块、状态指示灯电路连接；mp3解码模块与音频放大器电路连接。
9.所述的主控制模块主要包括stm32f407微处理器和硬件看门狗cat1023芯片，stm32f407微处理器外围电路还包括：时钟电路、复位电路、滤波电路、cpu电源管理芯片等；stm32f407微处理器芯片通过i/o口分别与时钟电路、复位电路、滤波电路、cpu电源管理芯片电路连接。负责处理can总线上的报文指令并进行预录音频的播放功能。
10.所述的can总线接口模块是型号为tja1051的芯片，负责和mcu之间的can接口通信，并和主控制模块进行数据通信。
11.所述usb接口模块是型号为usb3300的芯片，负责连接pc上位机，用于维护sd存储卡，更新音频文件，并和主控制模块进行数据通信。
12.所述的mp3解码模块是型号为vs1053的芯片，用于实现音频数据信息的d/a转换，输出模拟音频信号，它和主控制模块通过数据线和控制线进行电路连接，并进行数据通信。
13.所述音频放大器是型号为ssm2211的芯片，输入端和mp3解码模块的输出端电路连接，用于实现对mp3解码模块输出模拟音频进行信号放大和加强处理。
14.所述的sd存储模块为microsd内存卡，用于存储pc上位机通过usb接口模块下载的预录音频文件，sd存储模块和主控制模块通过接口电路连接。
15.本发明的优点是：相比于现有技术依赖于mcu实现的软件音频解码，本发明通过硬件化音频解码来播放音频并独立于mcu运作，mcu与语音模块通过can总线接口来交互数据，从而优化了mcu的功能结构，满足铁路列车、早期工业设备对语音播放和语音提示的要求。
16.下面结合实施例附图对本发明作进一步说明。
附图说明
17.图1是本发明实施例的电路原理示意图；图2是本发明提供的主控制模块的电路结构图；图3是本发明提供的can接口模块的电路结构图；图4是本发明提供的usb接口模块的电路结构图；图5是本发明提供的mp3解码模块的电路结构图；图6是本发明提供的音频放大器的电路结构图。
18.图中：1、can总线接口模块；2、主控制模块；3、状态指示灯；4、sd卡存储模块；5、usb接口模块；6、mp3解码模块；7、音频放大器模块。
具体实施方式
19.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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
20.参见图1,本发明涉及一种基于can总线接口语音模块的实现系统，其特征在于，包括：can总线接口模块1、主控制模块2、sd卡存储模块4、状态指示灯3、usb接口模块5、mp3解码模块6、音频放大器模块7。
21.所述主控制模块2用于系统初始化、启动看门狗。
22.系统初始化包括：配置can总线接口模块1的参数信息，用于根据can协议实现接收外部mcu的操作指令；配置sd卡模块4的参数信息，用于实现存储预录音频文件；配置usb接口模块5的参数信息，用于实现pc上位机快速下载预录音频文件到sd卡；配置mp3解码模块6的参数信息，用于实现音频信息的d/a转换，输出模拟音频信号；配置i/o用于控制led状态指示灯3工作。
23.根据上述配置完成后可以实现外部mcu通过can接口操作语音模块播放音频,具体步骤包括：can总线接口模块1将外部mcu通过can总线发送的报文信息进行解析，在依次通过所述主控制模块2进行逻辑判断，主控制模块2根据分析结果从sd卡存储模块4读取对应的音频文件；主控制模块2再把音频文件的数据信息写入mp3解码模块6中；mp3解码模块6按照所配置的参数信息，实现音频数据信息的d/a转换，输出模拟音频信号，模拟音频接入音频放大器7进行信号放大和加强处理，经过放大的模拟音频信号接入扬声器输出清晰的语音广播，同时点亮led状态指示灯3，表示广播正在进行中。
24.图2是本发明提供的主控制模块2的电路结构图，在本实施例中，主控制模块2主要包括stm32f407微处理器和硬件看门狗cat1023芯片，参见图2；stm32f407微处理器外围电路还包括：时钟电路、复位电路、滤波电路、cpu电源管理芯片等。
25.图3是本发明提供的can总线接口模块1的电路结构图,在本实施例中，can总线接口模块1是型号为tja1051的芯片，参见图3；负责和mcu之间的can接口通信，并和主控制模块2进行数据通信。
26.图4是本发明提供的usb接口模块的电路结构图,在本实施例中，usb接口模块5是型号为usb3300的芯片，参见图4，负责连接pc上位机，用于维护sd存储卡，更新音频文件，并和主控制模块2进行数据通信。
27.图5是本发明提供的mp3解码模块的电路结构图,在本实施例中，mp3解码模块6是型号为vs1053的芯片，参见图5，用于实现音频数据信息的d/a转换，输出模拟音频信号，它和主控制模块2通过数据线和控制线进行电路连接，并进行数据通信。
28.图6是本发明提供的音频放大器模块的电路结构图,在本实施例中，音频放大器7是型号为ssm2211的芯片，参见图6，用于实现对mp3解码模块6输出的模拟音频进行信号放大和加强处理，输入端和mp3解码模块6的输出端电路连接。
29.在本实施例中，sd存储模块4为microsd，sd存储模块4和主控制模块2通过接口电路连接。
30.在本实施例中，状态指示灯3和主控制模块2通过接口电路连接，由主控制模块2的i/o口驱动led灯来指示语音模块的工作状态。
31.本发明用于实现语音模块接收can总线上的报文指令进行预录音频播放的功能，通过硬件化音频解码来播放音频并独立于mcu运作，mcu与语音模块通过can总线接口来交互数据，从而优化了mcu的功能结构，满足铁路列车、早期工业设备对语音播放和语音提示的要求。
32.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。