智能无线定时计时器的研制

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【摘要】项目计划设计出一种能够适用于各大高校出现的各种答辩和演讲活动的智能定时计时器。它能通过语音输入，进而设置定时时间的输入，同时控制开始计时和停止计时，当到达计时时间时，语音播报出停止时间。该定时计时器的研制减少了在答辩时人工计时的问题，减少了人力输出，同时也保证了演讲者在演讲过程中做到“心中有数”，使答辩更高效有序地进行。

【关键词】5寸数码管；STM32；语音播报；语音识别

本文介绍了一种自行研制的演讲定时报警器，以STM32F103VET6为主控制核心，利用芯片内部的定时器将准确的时间送给数码管实时显示，同时使用语音识别模块识别人体所发出的指令并通过无线通讯模块发送指令，达到定时和计时的功能，当到达定时时间后语音自动提醒演讲者终止答辩。

1 立题背景

现如今各大高校每年都会有各种答辩和演讲活动，演讲过程中演讲者都有规定时间保证答辩活动能顺利进行。而绝大多数院校都采用人工计时，这种计时方法既耗费人力，准确性不高。针对此现象，该项目设计一种演讲自动报时器，目的在于实时显示计时时间，使评委和演讲者都能“心中有数”，同时实现到时自动提醒演讲者终止答辩。使答辩能更高效有序地进行。

2 方案设计

2.1系统总体方案设计

该系统包括显示模块，主控模块，无线通讯模块，语音播报模块，语音采集识别模块和遥控系统。控制模块通过无线通讯模块实现对两个显示部分进行同步控制。显示模块在可在手动升降的支架上实现显示当前计时时间，当到达指定计时时间时，语音播报模块会以不同的提示声音提醒在场所有人计时时间，遥控模块通过语音采集识别模块实现对主持人语音信号的识别并通过无线模块对两个计时器进行无线控制，主持人通过语音识别模块设定计时时间，无需手动输入，真正实现人性化和智能化。

图1 系统整体设计框图

2.2显示系统的方案设计

2.2.1 主控制系统设计

单片机是“单片机微型计算机”的简称，是将一台计算机的结构和功能进行大大地简化，并集合到一块硅片上的小型CPU。它具有成本低、功耗低、体积小、开发周期小等特点，非常适合用作智能化产品的主控制器，在生产、生活中随处可以见到它的身影。

本设计中采用STM32F103VET6单片机作为主控。STM32F103VET6是32位微处理器，采用了指令预测和流水线技术，它的取指、译码和执行是同时进行的，因此STM32F103VET6的运算速度比8051快得多。STM32F103VET6处理器内部集成锁相环可实现最大72MHZ的工作频率，本设计方案中采用的STM32F103VET6芯片是意法半导体公司生产的基于ARM CortexM3内核的RISC微处理器，主频可达72MHZ，片内硬件资源丰富，具有低价格、低功耗、高性能的小型微控制器，满足5寸数码管LED显示的需要。

2.2.2显示模块设计

该型号数码管的内部构成，每段由每2个LED并联后在串联7个共14LED构成。而LED的正常工作电流一般为1mA～20mA，因此，每段的电流大约为20mA～40mA左右，且每段的供电电压需要15V。较高的电压和电流对于一般的控制来说无法直接驱动，因此需要制作相应的驱动电路来进行驱动。

本设计利用NPN三极管的开关特性设计驱动电路，每个三极管可以驱动数码管的一段，若直接采用单片机的IO控制三级管的通断则会出现单片机IO口资源不够用，为此采用可级联的74HC595芯片来进行控制，大大减少了IO口资源，同时使得硬件连接简单方便。

2.2.3装置机械结构设计

外观上借鉴衣架的结构设计，在此基础上改装成可旋转式的小平台，显示屏方位可调，保证演讲者和评委都可看到当前计时时间，使答辩更具公平性，保证答辩进程高效有序进行。

2.2.4 时间计时设计

STM32F103VET6中一共有11个定时器，其中2个高级控制定时器，4个普通定时器和2个基本定时器，以及2个看门狗定时器和1个系统嘀嗒定时器。本设计利用芯片内部的定时器将准确的时间送给数码管实时显示，采用STM32F103VET6内部定时器的计数器模式，TIM2TIM5可以由向上计数、向下计数、向上向下双向计数。向上计数模式中，计数器从0计数到自动加载值（TIMx_ARR）开始向下计数到0，然后从自动装入的值重新开始，并产生一个计数器向下溢出事件。而中央对齐模式（向上/向下计数）是计数器从0开始计数到自动装入值1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器溢出事件；然后再从0开始重新计数。系统设计采用微控制器内部定时器资源，简化电路设计且计时准确，确保系统计时准确性和稳定性。

2.2.4 无线通讯模块设计

本设计采用CC1101透传模块将“遥控器”与两个规格不同的显示器进行无线数据传输。该模块采用高性能单片机加低功耗射频芯片CC1101，无需进行二次开发即可使用。

该模块代替两个设备间的串口连接导线，实现无线数据的传输。它以半双工的方式传输数据，成对的两个模块其波特率和通信频道必须设置一致，避免多个模块同时通讯时相互数据间的影响。

本设计将无线串口模块设置为通信波特率为9600，无线通信频道为001，可用遥控器同时给两个计时器发送数据从而达到同时控制的目的。

2.2.5 语音报时模块设计

本设计采用SYN6288语音模块实现语音播报功能。SYN6288语音芯片采用最小SSOP28L贴片封装、硬件接口简单，功耗低音色清亮圆润、极高的性/价比；除此之外，SYN6288通过异步串口（UART）通讯方式，接收待合成的文本数据，实现文本到语音（或TTS语音）的转换，使得SYN6288在识别文本/数字/字符串更智能、更准确，语音合成自然度更好、可懂度更高。

在整个语音播报过程无需录制，自动识别常用词语及多音字，内含多种常用提示音及多段背景音乐，可与语音同步播放，语速、音量可调，无需复杂编程，大大简化了程序的编写，并且将整个设计的智能化得到大幅度提高。

2.3 遥控系统的方案设计

该系统主要由单片机、语音识别模块、无线通讯模块等组成。

该系统使用的语音识别模块采用先进的语音识别SOC芯片，方便一般用户使用的一种非特定人语音识别模块。该模块使用前不需要进行录音和训练，适用于任何用户，可直接对着麦克风讲普通话，（甚至是方言）都可以直接识别预先编辑好的识别条目。模块识别后，从TXD引脚输出被识别条目序号的ASCII码，方便其他单片机对识别结果进行处理。

主持人通过发出指定的指令让语音识别模块识别出主持人下达的“命令”，传送给单片机，单片机将语音识别模块发送出的信息进行判断处理，并将结果通过无线传输模块将信息发送至显示系统，显示系统将主持人所述实时“显示”在数码管上。这样，便完成了对数码管的语音控制。同时，为避免使用场合的声音嘈杂，在语音输入处设置开关按键，当需要输入指令时打开开关，不需要输入时关闭开关，这样可以减少外界声音对该系统的影响，保证了系统的稳定性。

3 系统软件设计

系统软件主要包括主程序，语音播报、语音识别、无线发送、74HC595驱动程序等组成。流程图如图2所示“遥控器”识别出主持人的语音命令后，将信息传送给单片机，经过单片机信息处理后，通过无线传输模块将信息发送到两个定时器，无线模块接收到相应的信息后通过解码将信息传送给定时器的单片机，然后单片机指挥74HC595芯片输出相应的高低电平，从而使得数码管显示出不同的数字。

图2 软件流程图

4 研究成果

1）成功编写了显示模块的相关程序，并实现了两部分计时显示的同步。

2）研究了无线模块的工作原理，并成功编写了无线模块的接收发送程序，实现了无线一对多发送功能。

3）完成了无线定时装置的整体搭建，组装调试。

4）实现了装置的准确定时与报时功能。

5 结论

本设计主要采用STM32F103VET6单片机作为系统的主要控制核心，提出了较为合理可行的方案，打破传统的人工计时方式，实现计时自动化、智能化。克服人工计时定时准确性不高，效率低等缺陷，设计研制出智能无线定时器，可实现实时显示当前计时时间，使评委和演讲者都能“心中有数”，同时实现到时自动提醒演讲者终止答辩。实用性、可行性强，确保了答辩工作更高效有序地进行。

参考文献：

[1]谭浩强著.C程序设计（第三版）.北京：清华大学出版社，2005

[2]陈峰峰，胡毅，许艳.STM32F10x在应用中编程的实现方法[J].单片机与嵌入式系统应用.2009（09）

[3]李威，董树松，刘遗彰.大型LED数码管显示驱动电路的设计，1994

[4]李洪军.如何设计数码管显示电路来节约输入输出口资源[J].煤矿现代化.2010（03）

[5]史延龄.大型LED数码管的单片机控制[J].电子仪器仪表用户.2000（02）