基于Arduino的语音报警系统

邹元鹏

摘 要：介绍了一种基于Arduino的语音报警系统。文中描述了语音系统的实现原理和具体功能，该系统通过接收以太网上的UDP报文，解析成文本并进行语音朗读，实现智能化的语音报警。本设计硬件部分选用了开放式的硬件平台Arduino和文本语音转换（TTS）模块；软件部分给出了控制器中具体的程序逻辑实现；最后对系统的控制方法作了说明。

关键词：Arduino；语音报警系统

当前市场上常用的语音报警系统分两种。一种是带录音功能的语音报警器，内置通用的多种报警语音，按条件触发播放。这种语音报警系统声音自然，易于使用。但是如果需要修改语音，或是需要播报的语音条目太多时，需要做的工作量非常大，且难以实现智能化的语音报警（如在语音中自动插入报警的设备号）。近年来，随着语音文字转换技术（TTS）的发展，另一种采用此种技术的语音报警系统开始普及，极大的提高了工业报警系统的自动化和智能化程度。

本文介绍一种以SYN6658 TTS语音模块、W5100以太网模块以及开源Arduino平台实现的基于以太网的语音报警系统。该系统可方便的与工厂中常用的多种PLC直接对接。系统从以太网接收GBK编码的UDP报文，将其以指定语速及音色朗读。具有扩展性好，网络负载低、易于实现等多种优点，为相关语音系统的构建提供了参考。

一、硬件设计

本设计采用了Arduino Nano 控制板、W5100以太网模块、SYN6658语音模块及有源音箱、稳压电源等构成。系统的组成如图所示。

系统通过W5100接收报文，经过Arduino解析并再次封装，发送给SYN6658模块，模块将编码转换为语音并驱动音箱播放。

Arduino是一种基于Atmel的微控制器的开源软硬件平台，近年来随着智能硬件的普及得到了广泛应用，这种控制板细分为众多型号，本次设计中使用的是基于ATmega328的Arduino Nano版本。该版本体积比标准板更小，采用更友好的MiniUSB供电接口，提供14个数字输入输出引脚和8个模拟输入引脚，32KB 闪存，2KB SRAM和1KB EEPROM。

W5100是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成了10/100M以太网控制器，主要用于各种高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。W5100内部集成了全硬件的TCP/IP协议栈。

SYN6658是一款优秀的语音合成芯片，芯片通过UART接口或SPI接口通讯方式接收待合成的文本数据，实现文本到语音的转换，主要应用于公交语音报站、自动售货机、排队机等领域。芯片支持文本智能分析、多音字处理、中文姓氏处理、语音语调切换等多种功能。

Arduino Nano与W5100间使用SPI对接，可以实现以太网数据的读取和写入，同时与SYN6658间使用TTL串口通讯，实现语音报文的发送。

二、软件设计

软件部分采用Arduino1.6.8编程软件平台完成，该平台使用了一种类C的语言进行编程序编制。程序通过Socket通讯机制接收UDP报文，然后通过串口发送文本信息。

简化后的主要程序逻辑如下：

void setup（） {

Ethernet.begin（mac， ip）； //初始化网络模块

Udp.begin（localPort）； //开始监听端口

Serial.begin（9600）；}

void loop（） {

int packetSize = Udp.parsePacket（）； //接收报文

if （packetSize） {

Udp.read（packetBuffer， UDP_TX_PACKET_MAX_SIZE）；

unsigned char head[packetSize+5]； //封装文本数据

head[0] = 0xFD；

head[1] = 0x00；

head[2] = packetSize+2；

head[3] = 0x01；

for（int i=0； i<=packetSize； i++）{

head[i+2] = packetBuffer[i]；}

for（int i=0； i

Serial.write（head[i]）；}}} //发送给语音模块

三、系统控制方法

本语音系统的报警可使用任意支持以太网Socket连接的设备触发。调试时可使用PC上的Socket测试助手进行连接，也可使用高级语言编写控制端软件进行控制。实际工业现场中，由于现在大部分PLC都支持Socket连接，可直接将该语音报警系统连入现场以太网，通过在PLC中编写程序与报警系统进行对接。

四、结语

经测试，该语音报警系统能够根据现场发送的文本进行报警，硬件可靠性，搭配的放大电路及有源音箱的功率也足够，满足可用性要求。但本方案中并未考虑现场电磁屏蔽保护，如果现场电磁干扰较强，需要设计防护外壳为系统屏蔽电磁干扰，同时选用TCP连接协议进一步增加数据可靠性。另外，该系统也可设计为使用如串口、数字量等其他方式进行控制，以适应不兼容以太网的其他工业现场。

参考文献：

[1]王满利，张涛.基于单片机的语音报警系统[J].2014（11）.

[2]BANZIM.Getting started with Arduino[M].California：O`REILLY，2009.

[3]蔡睿妍.Arduino的原理及应用[J].电子设计工程，2012（8）.