便携式语音呼救器的毕业设计.docx
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便携式语音呼救器的毕业设计
毕业设计（论文）
题目：
便携式语音呼救器的设计
学院：
测试与光电工程学院
专业名称：
生物医学工程
便携式语音呼救器的设计
摘要：
众所周知，当人们在家中遇到突发情况时，通过向急救中心（如110、119、120）或其他的通信终端进行报警或求助已成为一种必然的选择。
我们同时知道，目前一般家用的基本可以满足普通用户在紧急情况下的使用要求，但对一些特定群体（如残疾人、有突发性疾病的患者等）并不适合。
而且，目前市场上报警器的种类繁多，但针对此类群体的便携式语音呼救系统就非常少见。
因此，本设计就是为解决此类问题而进行的一个小尝试，结合成本，应用环境等实际条件限制而，设计以单片机为主的便携式语音呼救器。
该产品必须满足使用者可以方便告知周围人士帮忙的方法，立刻明白当事人发生的事情，及时作出反应的要求。
简单的说，便携式语音呼救器的设计正是出于这一目的，能够让我们更好的解决一下突发状况，将伤害减小到最低。
本文主要介绍一种以单片机STC89C52RC和C语言汇编集成电路，APR9600PY为核心，基于单片机控制的语音呼救系统。
为了方便起见，先将APR9600PY语音芯片置于一个录音模块，将其所用的语音信号事先录好。
然后将录好的芯片转至与所设计的总体电路中工作，占用其一个端口，通过单片机的程序控制其工作模式。
1602液晶在单片机的常用外部接口，用来显示我们预先输入好的求救信息，方便别人意识到目前的情况。
平时系统处于等待状态，在经按键触发后，单片语音录放语音芯片APR9600PY提供系统语音呼救输出，并通过1602显示“Help!
Help!
1507040xxxx”。
本系统在实验调试中实现了设计的基本要求。
文中详细介绍了系统软硬件的设计和调试过程。
关键词：
语音呼救，C语音与汇编语音，APR9600PY，1602液晶
TheDesignofPortableVoicecallingdevice
Studentname:
XieYuanliuClass:
080841
Supervisor:
YuZulong
Abstract:
Asisknowntousall,whenpeoplemeeturgentcasesinthehome,throughthetelephonetotheemergencycenter（suchas110,119,120）,orothercommunicationterminaltocallthepoliceoraskforhelphasbecomeaninevitablechoice.Weknowthesame,atpresentgeneralhomephonebasiccansatisfyordinaryusersintheuseofanemergencyrequest,butforsomespecificgroup（suchasthedisabled,suddendisease,etc）isnotsuitable.Andonthemarketatpresentthealarmisvariety,butforsuchgroupsofportablevoiceforhelpsystemisveryrare.So,thisdesignisasmalltrytosolvesuchproblem,combinedwithcost,applicationenvironmentconditionsforlimits,designwiththesinglechipprocessorascallingdeviceportablespeech.Theproductmustmeettheusercaneasilyaroundthemethodofhelpinformpeople,immediatelyunderstandthepartiestohappen,andtimelyresponserequirements.Takeitforabrief,thedesignoftheportablespeechcallingdeviceisjustforthispurpose,whichcanletusbettersolveonceemergencies,whichwillreducethedamagetoaminimum.
ThispapermainlyrecommendsasystembasedonthebriefofCPU'scontrollingaboutAPR9600PY,whichisforCcodingandisbasedonSTC89C52RC.Forconvenience,wepurtheAPR9600voicechipintoarecordingmoduleandprerecordedtheusefulvoicesignal.Thenputtherecordchiptothedesignoftheoverallcircuittowork.Wemakethechipuptoaport,andcontroltheworkingmodethroughtheMCUprogramwithinits.Weputthe1602LCDinSCMcommonexternalinterfacetodisplaythehelpinformationwemadeinadvance.Thiswillmakeitconvenientfortheotherstorealizethepresentsituation.
Andthewholecircuitisinthestatusofawaitingopportunity.Oncethekey-pressistouchedoff,theCPUwillimmediatelycommandtheAPR9600PYoutputthevoicetonoticethehelpingdepartment.Andthe1602willdisplay"Help!
Help!
Num:
1507040xxxx".Haverealizedtherequestdesignedbasicallythroughtheexperiment.Haveintroducedthedesignofthesoftwareandhardwareanddebuggingcoursesystematicallyindetailinthearticle.
Keyword：
voicecallingClanguageandcodelanguageAPR9600PYLCD1602
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原创性声明
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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
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日期：
年月日
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作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
1前言1
1.1绪论1
1.2系统设计背景及意义1
1.3本设计的经济效益及社会效益1
1.4系统总体设计要求1
1.5系统主要设计容1
1.6论文的具体安排2
2系统总体设计及可行性分析4
2.1系统总体设计
2.2系统总体设计分析4
2.3可行性分析4
2.4硬件单元电路4
2.5软件模块5
2.6系统分析总结5
3系统硬件设计与调试5
3.1语音录放电路5
3.2单片机控制9
3.3单片机最小系统9
3.4单片机外部电路12
41602液晶显示部分16
4.1液晶显示简介16
4.2液晶功能介绍16
4.31602LCD的基本参数及引脚功能18
4.41602与单片机的连接16
4.51602的控制字16
4.61602LCD的RAM地址映射及标准字库表16
5软件设计19
5.1主程序流程图19
5.2主程序19
6总体设计结论29
致31
参考文献32
附录34
便携式语音呼救器的设计
1前言
1.1绪论
随着科学技术的发展，人类社会已经进入信息时代，通信作为信息传递最便捷的工具之一已经基本普及。
当人们在家中遇到突发情况时，通过向急救中心（如110、119、120）或其他的通信终端进行报警或求助已成为一种必然的选择。
目前一般家用的基本可以满足普通用户在紧急情况下的使用要求，但对一些特定群体（如残疾人、有突发性疾病的患者等）并不适合。
此类群体由于自身的问题，在遇到紧急情况时，因不能像常人一样操作普通，极可能发不出去报警或求助信息，使其得不到及时的援助，由此产生严重的后果。
目前市场上报警器的种类繁多，但针对此类群体的便携式语音呼救系统就非常少见。
本设计就是为解决此类问题而进行的一个小尝试，结合成本，应用环境等实际条件限制而，设计以单片机为主的便携式语音呼救器。
在该语音呼救器的设计中，涉及到系统的功能、可靠性以及在使用过程中是否方便、便于编码等一系列的问题，经过综合考虑，采用单片机STC89C52RC和APR9600PY结合的电路设计出便于携带，实用的语音呼救器，采用音频输出，可以事先录入20秒的语音信息，使得使用者可以方便告知周围人士帮忙的方法，立刻明白当事人发生的事情，及时作出反应。
1.2系统设计背景及意义
随着科学技术的发展，人类社会已经进入信息时代，通信作为信息传递最便捷的工具之一已经基本普及。
目前一般家用的基本可以满足普通用户在紧急情况下的使用要求，但对一些特定群体（如残疾人、有突发性疾病的患者等）并不适合。
因此需要开发一种价格低廉且易于操作的语音呼救系统。
该系统一经使用，可以及时向周围人士表明当前的麻烦，及时得到应有的帮助，将问题得到解决。
目前市场上有各色的语言呼救器的模型。
比如说自动呼救器：
它第一台符合NFPA标准的自动开启的呼救器，带有四个LED发光显示，可同时做为跟踪灯使用。
18-22秒预报警，LED变成红色，30-35秒，LED闪烁加快，同时报警声达到98分贝,3米距离。
可选择带温度报警功能。
9V碱性电池。
工作模式可达300小时，报警模式2-4小时。
消防呼救器：
兼有方位灯和呼救器两大功能，实现了一机两用。
呼救器超高响度、超小体积、最轻质量的基础上，采用美国原装进口高强度透明防弹胶和HP超高亮度的冷光源，距离大于1500M，大大提高了其方位警示的效果，实现了呼救器和方位灯的完美统一，从而减轻了人员的佩戴重量，减少了维护保养的工作量，并节省了费用。
它由时钟计时器、微动传感器、预警和强警自动/手动控制器、声调变频电路、压电量体输出电路、欠压警示电路组成，具有自动报警、强制报警、方位指示、低电压显示等多种功能。
它克服了现有国产呼救器体积大、功能单一、线路不稳定、机械开关笨重、发音孔进水、易遮盖、没有方位指示功能等缺点。
1.3本设计的经济效益及社会效益
从经济效益来看：
便携式语音呼救系统一经开发出来就可以满足人民大众的需求，而这一需求始终是任何新事物诞生的最原始推动力，以客户为中心导向的呼叫系统更是不会例外，呼救系统在诞生之初，就深入了解人民大众的需求，真正“急人民之所急，想大众之所想”，开发人民大众最为需要的系统，成为人民最忠诚的好帮手。
如此产品定会在市场上得到很大的发展空间，拥有了足够的市场，真正的产业化就可以进行，从而得到意想不到的经济效益。
从社会效益方面来讲：
统计信息表明，我国已进入老龄化社会，60岁以上的老年人已达134,000,000。
专家预测，到2050年，我国60岁以上的老年人口将达到4.1亿的高峰。
如此庞大的老年队伍，将成为整个社会共同关注的焦点问题。
而且这些老年人中有很大一部分是“空巢老人”，即白天无子女在家或独居的老人。
老年人发病或出现意外情况往往是很突然的，当家中无人或抢救不及时，老人的生命就会受到威胁，尤其是像“空巢老人”，最难得到及时救助。
针对这些问题本文专门设计了这一款语音呼救器，不仅是适用于老年人，患有高血压、冠心病的高危人群也可通过携带此呼救器来获得及时救助服务。
当今我国基本国情是人口老龄化加剧的现象及老一辈与新一辈的隔阂之间的矛盾，独居老人、空巢老人越来越多，他们在遇到问题的时候，由于自身的原因，也许没有办法及时向周围的人呼救。
这个时候，便携式语音呼救系统就可以发挥它应有的功效。
老人一旦面临突发疾病、遭遇险情等"紧急情况"，只需要按动便携式呼救器的按钮，就可与社区服务中心联系，获得救助。
老人急救呼应系统中，即使老人无法言语，接线员也可以通过屏幕上显示的老人资料，了解到老人的资料，及时与120和负责照顾老人的服务员或义工取得联系，给予老人紧急救护。
1.4系统总体设计要求
便携式语音呼救器是由单片机电路、按键部分、显示电路、语音求救电路等几部分组成的。
将按键部分作为整体开始的起点，利用单片机汇编程序来实现部分延时检测，报警呼救时有播报系统同时工作，并将报警呼救信号经过保持一段时间一直存在，本设计还使用按键开关来控制电源和语音的录放。
当发生报警呼救时，只要立刻按下按键就可以及时播报相关信息。
总体设计上具有以下几点要求：
（1）、要求该系统在触发后及时播报相关信息；
（2）、要求能够显示提供帮助联系人的；
（3）、要求操作简便，便于携带。
1.5系统主要设计容
系统设计的主要容如下：
（1）、根据设计要求寻找相应芯片，学习其功能及使用方法；
（2）、根据系统功能设计录音系统；
（3）、设计硬件电路；
（4）、按照硬件电路连接元器件；
（5）、编写C程序；
（6）、调试；
1.6论文的具体安排
论文的具体安排如下：
第一部分：
将论文相关信息统计；
第二部分：
将论述系统总体设计；
第三部分：
将论述以STC89C52为主的底层电路的软、硬件设计；
第四部分：
将论述以APR9600为主的集成语音播报硬件电路的设计；
第五部分：
将论述程序设计；
第六部分：
将论述关于语音呼救器的设计效果；
第七部分：
总结
第八部分：
参考文献；
第九部分：
致；
第十部分：
附录（原理图、PCB图、实物图、源程序代码）。
2系统总体设计及可行性分析
2.1系统总体设计
系统总体设计如图2.1所示：
图2.1系统总体设计图
单片机用于控制整个电路的运转，采用STC89C52RC单片机，编程使用C语言跟汇编相结合的编程方式，用于控制各个信号的处理及各电位的发生动作。
信号检测电路是单片机部程序控制按键是否发生电位变化的部分，总体控制程序的进行；数据存储部分用来调用已经录好语音的芯片APR9600PY部的特定信息，结合语音播报电路来进行语音的播报；1602显示电路是单片机单独控制来显示程序中预先输入的信息。
本设计有2部分，一个是语音芯片APR9600PY录音部分，该部分在完成芯片的录音后，由于考虑到该设计的要求便携式，故不再主电路板上呈现，在单独子电路板焊接。
主电路板的构成是系统的总体构成，能够达到总体的设计要求。
2.2系统总体设计分析
根据便携式语言呼救器的设计要求，此设计存在以下3个功能模块：
（1）、按键触发模块；
（2）、1602显示模块；
（3）、语言播报模块；
根据设计中的实际情况，尽可能的采用简单的电路，设计好整个元器件在电路板上的布局，让整体看上去简单便捷。
2.3可行性分析
从总体设计上来看，运用了以语音芯片APR9600PY为核心的语音播报方式，该是继美国ISD公司以后采用模拟存储技术的又一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路，单片电路可录放32-60秒，串行控制时可分256段以上，并行控制时最大可分8段。
与ISD同类芯片相比它具有：
价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500芯片的一些特点，都是DIP28双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。
所以运用该芯片来实现相关的语音播报是完全可行的。
2.4硬件单元电路
2.4.1语言录放电路
根据实际需求情况分析，用户在求助时，需要说明自己所遇到情况，而每个用户的位置及遇到的实际是不可能完全相同的，这就需要能够方便修改语言电路所存储的语音信息。
经翻阅相关文献资料，觉得采用高品质单片语音录放集成电路完成语音录放电路所需功能。
常用的高品质单片录放集成电路有ISD和APR等系列，ISD在功能上跟APR不相上下，但是ISD系列价格比较贵，所以决定采用APR系列，而且该芯片是一款音质好、噪音低、不怕断电、可反复录放的新型语音电路。
但是近距离的电子市场APR系列都出现断货的现象，无奈只有从淘宝网选购。
以APR9600PY为核心，加上传声器、外围电路组成语音录放电路。
2.5软件模块
系统软件分为两个主要模块，由单片机的2个外部中断来完成：
（1）、单片机外部中断触发完成键盘扫描、数码管显示模块；
（2）、单片机控制呼救的全过程，包括语音调用、播报处理等模块；
2.6系统分析总结
综上所述，便携式语音呼救器的设计是一中比较廉价、可靠的方便、快捷式语音呼救系统。
对具体要现的功能进行完整的系统分析，该便携式语音呼救器基本符合实际要求，可以完成设计任务所要现的基本功能。
按键触发后单片机接受信号，产生一系列动作完成语音呼救的整个过程。
所以，本设计方案理论上可行，而且设计的可扩展性较好。
3系统硬件设计与调试
3.1语音录放电路
3.1.1APR9600引脚功能定义
（1）、/M1第一段控制或连续录放控制（低电平有效）；
（2）、/M2第二段控制或快进选段控制（低电平有效）；
（3）、/M3第三段控制（低电平有效）；
（4）、/M4第四段控制（低电平有效）；
（5）、/M5第五段控制（低电平有效）；
（6）、/M6第六段控制（低电平有效）；
（7）、OSCR振荡电阻；
（8）、/M7第七段控制及片溢出指示（低电平有效）；
（9）、/M8第八段控制（低电平有效）及操作模式选项；
（10）、/BUSY忙信号输出（工作时出0，平时为1）；
（11）、BE键声选择（接1为有键声，0则无）；
（12）、VSSD数字电路电源地；
（13）、VSSA模拟电路电源地；
（14）、SP+外接喇叭正端；
（15）、SP-外接喇叭负端；
（16）、VCCA模拟电路正电源；
（17）、MICIN话筒输入端；
（18）、MICREF话筒输入基准端；
（19）、AGC自动增益控制端；
（20）、ANA-IN线路输入端；
（21）、ANA-OUT线路输出端（话筒放大器输出端）；
（22）、STROBE工作期间闪烁指示灯输出端（低电平有效）；
（23）、CE复位/停止键或启动/停止键（高电平有效）；
（24）、MSEL1模式设置端；
（25）、MSEL2模式设置端；
（26）、EXTCLK外接振荡频率端（用部时钟时接地）；
（27）、/RE录放选择端（0为录音、1为放音）；
（28）、VCCD数字电路正电源；
3.1.2APR9600工作原理
APR9600工作模式如表3.1所示：
表3.1APR9600操作模式
在APR9600芯片的部，录音时外部音频信号通过话筒输入和线路输入方式进入，话筒可采用普通的驻极体话筒，在芯片话筒放大器（Pre-Amp）中自带自动增益调节（AGC），可由外接阻容件设定响应速度和增益围。
如果信号幅度在100mV左右即可直接进入线路输入端，音频信号由部滤波器、采样电路处理后以模拟量方式存入专用快闪存储器FLASHRAM中。
由于FLASHRAM是非易失器件，断电等因素不会使存储的语音丢失。
放音时芯片读逻辑电路从FLASHRAM中取出信号，经过一个低通滤波器送到功率放大器中，然后直接推动外部的喇叭放音。
厂家要求外接喇叭为16欧姆，实际试验用8-16欧姆均可，一般音量下输出功率12.2mW（16欧）。
APR9600的录放控制有多种操作模式，为普通用户使用提供了极大的方便。
总的来说分为串行控制和并行控制两种，由芯片MSEL1（24脚）、MSEL2（25脚）、/M8（9脚）的设置来实现。
其中每种操作模式都有对应的有效键，而且同一个键在不同操作模式下可能有不同的功能。
因此在芯片设计、使用前用户应详尽了解芯片的各种操作模式，选择最合适自己的方式设计，电路也会变得非常简单。
各种模式如下：
（1）、并行控制模式在ISD芯片中要实现某键对某段的多段并行控制是十分复杂的，一般需要大量的二极管译码阵或单片机来辅助实现，另外在分段录音时也存在很多困难。
而在APR9300芯片中却十分简单，每段都有对应的键控制，按哪一键就录、放哪一段，而且可以方便地对任意一段重新录音不影响其它段、对任意一段循环放音等。
只是每段录音的最大时间是等分的，而且最多只能分八段。
下面以需要分四段为例说明：
并行四段控制需要将芯片的MSEL1端置1（高电平）、MSEL2端置0（低电平）、/M8端任意。
模式置好后开始录音，置RE端为0，压住/M1即听到“嘀”一声BUSY指示灯亮起即开始录音第一段，松键时又听到“嘀”一声BUSY指示灯熄灭即
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