道路语音提示系统设计

摘要：本系统主要安装在交通路口，其主旨是能为盲人出行提供更多的便利。系统与路口的交通系统紧密结合，能实时获取当前红绿灯信息。系统的电力由交通供电系统提供，经DC/DC芯片转换为本系统所需的电源电压。当盲人走近路口到适当范围内时，系统通过无线射频接收模块检测到盲人身上的射频发射模块（可置于盲人手杖或衣裤袋内）发出的盲人特征信息（即由编码芯片PT2262的地址端设定的值），经解码芯片PT2272处理后由单片机MSP430F149进行识别，然后经SPI总线控制语音芯片，通过扬声器播放该路口各方向的道路名称、走向以及附近标志性建筑名称，等等。盲人还可以通过模块上的按键实现重复收听，或选择播放红绿灯的实时状态信息以判断当前是否可通过路口。报告简要介绍了本系统的硬件和软件设计方案，给出了电路原理图及软件流图。

关键词：道路提示 DC/DC转换 MSP430单片机 语音芯片ISD4004 编解码芯片PT2262/2272

一、设计背景

随着社会的发展和进步，一些特殊人群越来越受到社会的关注，越来越多的无障碍设施陆续投入建设和使用。众所周知，中国刚刚成功举办了残奥会，一方面这为残疾人提供了一个很好的展示自己的机会和舞台，是对残疾人“身残志不残”、“超越自我”的一种健康向上的心理激励和鼓舞；另一方面也是向各国展示我们在提高残疾人社会地位和服务水平方面所做出的不懈努力，而其中交通服务则是其中极其重要的一个组成部分。目前在城市的许多道路上都铺有盲道，但由于普通的盲道并不具有信息提示的功能，因此难以给盲人的出行带来多少切实的方便。基于此我们设计了这套安装在交通路口的语音道路提示系统，通过声音提示，能使盲人预知路口当前的交通状况，从而提高通行的便利和效率。

二、方案设计与论证

方案一：将MSP430单片机作为中央处理器，利用音霸卡对语音进行采集，并将采集的信息录入至计算机，然后写到单片机的闪存里，考虑到单片机的存储空间有限，因此采用一片8兆的外部存储器FLASH进行信息的存储。放音时先将语音信号通过D/A转换将数字信号转变成模拟信号，然后再经过功放电路将声音放大，通过扬声器进行播放。

优点：此方案思路明晰，各个模块的设计也很清楚，而且FLASH的使用不仅扩大了单片机的内存，而且使得语音存储和调用更加灵活。

缺点：语音信息的更新不够方便和及时。

方案二：采用ISD4004语音芯片实现声音的录放功能，这是一片可录8分钟的芯片，内部已经有A/D，D/A功能。芯片与单片机进行串行同步通信（SPI），用单片机向语音芯片发送操作代码，这样可以把麦克风录入的声音信息进行采集，存储到芯片中。放音时再利用单片机向芯片发送命令，芯片的输出端再通过功放电路就可以用扬声器进行播放。

优点：此方案仅用一片芯片即实现了A/D，D/A和存储的功能，大大简化了电路，使整个系统的实现更加简单，同时能较好地克服方案一的不足，此外运用了单片机的SPI功能，充分发挥了单片机的功能。

最终经过讨论，我们采用了方案二，系统的总体框图如下：

图1  语音道路提示系统的总体框图

三、硬件主要电路设计与参数计算

1、语音录入电路设计与计算

在语音芯片的内部音频输入端处有一运算放大器电路，该电路的输入阻抗较大，用一三极管构成射极跟随器，射极跟随电路能起到缓冲作用，并且输出阻抗很小，能带动较大负载。电路如图所示：

图2  语音录入电路设计

2、语音芯片应用电路设计

语音芯片ISD4004采用奈奎斯特采样定律对声音进行采集。一般人的声音频率在20到3400Hz之间，为计算方便，取声音的最大频率为4000Hz。根据2，则采样频率为8kHz，即一秒钟采样8000次，每样值采用8bit编码，也就是一秒钟采样8000字节，语音芯片内部共有十六根地址线。 

  

图3  语音芯片应用电路设计

3、单片机电路设计

单片机电路选用MSP430F149，该单片机内部的P3端口含有SPI功能，正好和语音芯片的SPI管脚相连，进行同步串行通信，控制语音芯片执行相应功能。如录音、放音、上电、掉电，等等。电路如图所示：

图4  单片机电路设计

4、无线发、收模块应用电路设计

该电路选用的是编码芯片PT2262和解码芯片PT2272及射频模块AUKR315A和HY-2B。当发射模块的工作电压在6V时，感应距离能达到10米左右。电路如图所示：

图5  无线发、收模块应用电路设计

5、音频功率放大电路的设计与计算

根据功率放大器芯片LM386的datasheet，当芯片的1脚和8脚悬空时，能放大20倍（即26dB）,当1脚和8脚间接电容时，放大倍数能达到100倍（即46dB）。经过调试，要控制语音的播放不产生失真，我们选用了放大20倍的接法。电路如图所示：

图6  音频功放应用电路设计

6、DC/DC转换电路的设计与计算

根据系统中的电压需求，语音信号的录入及功放芯片需12V，射频的接收及语音芯片的工作需5V的电压，而单片机的工作电压我们选用了3.3V。在此，选用两片电压转换芯片TPS5430（稳压至5V）和TLV1117（稳压至3.3V）。

图7  DC/DC转换电路设计

1.电阻R1和R2的选取可按公式R2=

取R1为10千欧，则R2为3.24千欧。

2.电感L的选取按公式

其中的值一般为0.2到0.3，为3A，为500KHz

由计算可得=13H，在此取为18H。

3.电容的选取

根据芯片手册，电容C2为0.01F；

C1的值10F；

C3的选取按公式

其中为18H，为3-30kHz，经计算和经验可得电容值为220F。

四．软件设计与调试

图8  程序流程示意图

第二篇：道路勘测设计课程设计答案

 

                         网络教育学院

《道路勘测设计课程设计》

                                       

 

                                       

                                         

题    目：      某公路施工图设计          

  学习中心：              

专    业：      土木工程（道桥方向）

年    级：      20##年   秋   季    

学    号：                           

学    生：                           

指导教师：        乔   娜      

1  设计交通量的计算

设计年限内交通量的平均年增长率为7%，路面竣工后第一年日交通量如下：

桑塔纳2000：2300辆；

江淮a16600：200辆；

黄海dd680：420辆；

北京bj30：200辆；

Ep140：580辆；

东风sp9250：310辆。

设计交通量：＝×

式中：—远景设计年平均日交通量（辆/日）；

      —起始年平均交通量（辆/日）；

 —年平均增长率；

       —远景设计年限。

代入数字计算：

2  平面设计

路线设计包括平面设计、纵断面设计和横断面设计三大部分。道路是一个三维空间体系，它的中线是一条空间曲线。中线在水平面上的投影称为路线的平面。沿着中线竖直的剖切，再展开就成为纵断面。中线各点的法向切面是横断面。道路的平面、纵断面和各个横断面是道路的几何组成。

道路的平面线形，受当地地形、地物等障碍的影响而发生转折时，在转折处需要设置曲线，为保证行车的舒顺与安全，在直线、圆曲线间或不同半径的两圆曲线之间要插入缓和曲线。因此，直线、圆曲线、缓和曲线是平面线形的主要组成因素。

直线是平面线形中的基本线形。在设计中过长和过短都不好，因此要加以限制。直线使用与地形平坦、视线目标无障碍处。直线有测设简单、前进方向明确、路线短截等特点，直线路段能提供较好的超车条件，但长直线容易使司机由于缺乏警觉产生疲劳而发生事故。

圆曲线也是平面线形中常用的线性。《公路路线设计规范》规定，各级公路不论大小均应设置圆曲线。平曲线的技术标准主要有：圆曲线半径，平曲线最小长度以及回头曲线技术指标等。

平曲线的半径确定是根据汽车行驶的横向稳定性而定：

式中：V-行车速度km/h；

          -横向力系数；

          -横向超高，我国公路对超高的规定。

缓和曲线通过曲率的逐渐变化，适应汽车转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅，以构成美观及视觉协调的最佳线形；离心加速度的逐渐变化，不致产生侧向冲击；缓和超高最为超高变化的过渡段，以减小行车震荡。

平曲线要素：

切线增长值：q=－

内移值： p=－

缓和曲线角：=28.6479

切线长：

曲线长：

外距： 

切曲差： 

桩号的确定：

ZH点里程：

HY点里程：

QZ点里程：

YH点里程：

HZ点里程：

道路交点桩号为K45＋654.32，转角，圆曲线半径设计为600m，缓和曲线设计为80m，试计算：（1）计算几何要素：、ΔR、q；（2）计算平曲线要素：T_h、L_h、E_h、D_h；（3）计算五个基本桩号（ZH、HY、QZ、YH、HZ）。

解：      (1)计算几何要素：

   

(2)计算平曲线要素：

(3)计算基本桩号：

    

      

     

 

检验校正：与题目中给定的交点桩号相同，说明计算正确无误。

3  纵断面设计

道路纵断面主要反映路线起伏、纵坡与原地面的切割等情况。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的，直线有上坡和下坡，是用高程差和水平长度表示的。直线的长度和坡度影响着汽车的行驶速度和运输的经济及行车安全。在直线的坡度转折处为平顺过渡设置竖曲线。按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。

某路段中有一变坡点桩号为K10+450，高程为66.770m，其相邻坡段纵坡分别为i₁=-3.68%和i₂=+2.06%，为保证路基的最小填土高度，变坡点处的路基设计标高不得低于68.560m。试进行：（1）计算竖曲线半径最小应为多少m（取百米的整数倍数）？（2）用确定的竖曲线半径计算竖曲线的起止点桩号。

．解：         计算竖曲线半径最小值：

外距

由，和，可以得到：

即

根据题意可以得到

计算竖曲线起始点桩号：

，

竖曲线起点桩号为：

竖曲线起点桩号为：

4  横断面设计

道路横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所组成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。

某公路，路面宽7.0m，土路肩宽0.75m，路拱坡度i_G=2%，路肩坡度i_j=3%，一弯道平曲线长L=151m缓和曲线长l_s=50m，需设置超高，超高横坡度为4%，平曲线起点（ZH）桩号为K4+800。试计算K4+810、K4+840和K4+860点处的路基边缘高程与设计高之差。（注：绕行车道中线旋转时最大超高渐变率为1/150，本题按绕行车道中线旋转计算）。

解：           <

∴可以作为超高过渡段

ZH=K4+800，HY=K4+850，YH= K5+901

∴K4+860位于圆曲线上，K4+810和K4+840位于缓和曲线上

K4+860：h₈₆₀=0.75(3%-2%)+(0.75+3.50)(2%+4%)=0.2625(m)

K4+810：x₈₁₀=4810-4800=10(m)，h₈₁₀==0.0525(m)

K4+840：x₈₄₀=4840-4800=40(m)，h₈₄₀==0.21(m)