摘要
语音提示器系统采用预录音回放技术，这种方法必须对信息文本事先进行录音，并存为声音文件，结合其他技术，广泛应用于工业等领域，提示操作人员进行正确操作，以防止出现错误操作带来的不必要损失。炼焦过程自动化管理控制系统，主要是解决焦化厂炼焦过程中三大车通信、地址炉号对位、推焦联锁、摘门联锁等一系列问题，从而达到生产全过程实行计算机集中管理控制。该系统每个车上有一个工业语音提示器，它接收中央控制室发来的信息后，根据接收到的信息提示操作人员进行操作，为操作人员的正确和安全操作提供了有利的条件。
此毕业设计论文介绍了炼焦过程自动化管理控制系统的结构和功能，分析了语音提示器硬件，然后根据另外一个同学所设计的炼焦过程自动化管理控制系统中的工业语音提示器的硬件电路，设计出相应的软件，用汇编语言编写源代码程序，并在MEDWIN平台上进行汇编和模拟调试，并介绍了MEDWIN平台上汇编和模拟调试的步骤，最终在实际设备上初步调试，基本上达到所要设计的任务。
关键词： 单片机；语音提示器；语音处理；数据通信；软件设计，毕业设计,毕业论文
Voice prompt system by the technology of repeating the pre-recorded information which must be prior to recording the text information and restoring as the voice documents, the system is carried out with other technology and applied to many fields such as the industry widely, and it can reminder the operators to operate correctly to avoid the unnecessary loss from the wrong operation, to reach the extent of centralizing the management by the computer during the whole operation process, the automotive management and control system during the process of league coking is mainly used to resolve a serious of problems such as three big locomotives correspondences, the address furnace number to the position, push coking the interconnection, picks the gate interconnection in the league coking company. There is a industrial voice reminder in every vehicle of automotive management and control system. It can receive the information from the central control room, which is then used to reminder the operators how to do, and to provider them the favorable conditions to operate correctly and safely.
This graduation thesis has introduced the structure and function of the automotive management and control system during the process of league coking and analyzed the voice reminder hardware, and designed the corresponding software according to the industrial Voice reminder’s hardware circuit of automotive management and control system during the process of league coking from another student’s design, and then wrote the original code procedure in the assembly language, and carried out the assembly and the simulation debugging in the MEDWIN platform, and introduced the steps for such operation. Basically reaches to design.
Keyword : Monolithic integrated circuit; Voice prompt; Voice processing; Data correspondences; Software design
1 概述
此毕业设计是根据另外一个同学所设计的千盟炼焦过程自动化管理控制系统工业语音提示器的硬件电路设计相应的软件并最终在实际设备上调试。
1.1语音提示器作用
语音提示器系统一般采用预录音回放技术，这种方法必须对信息文本事先进行录音，并存为声音文件，结合其他技术，可以广泛应用于工业、农业、金融、邮电、工商、政府机关、交通、教育、游戏等领域，提醒人们在工作中、生活中一些要做的事情，减少了不必要损失。
l.2 千盟炼焦过程自动化管理控制系统使用的工业语音提示器
千盟炼焦过程自动化管理控制系统，主要是解决焦化厂炼焦过程中三大车通信、地址炉号对位，推焦联锁、摘门联锁等一系列问题，从而达到生产全过程实行计算机集中管理控制。实现地面中央控制室与各机车的可靠数据通信；检测各移动机车的精确位置，达到各机车的自动行走、炉号自动对位；摘门联锁、推焦联锁、除尘联锁控制；生产计划的自动生成与下达；生产过程数据实时记录。从而达到生产全过程实行计算机集中管理控制。在计算机的统一指挥下，推焦车、拦焦车、熄焦车、装煤车四大移动机车，相互配合工作完成装煤、平煤、推焦、拦焦、接焦、熄焦等一系列工作。该项目的实施，对准确焦炭结焦时间、保证焦炭质量、加强推焦操作工艺管理、提高焦炉作业水平、保护炉体、实现焦炉预检修、延长焦炉使用寿命、杜绝人为操作的随意性对焦炭质量的影响、杜绝因炉号对位失误而引起的红焦落地等安全质量事故，保护机车机械和电器设备、确保焦炉安全生产和提高经济效益具有十分重要的意义，使焦炉操作管理水平上了新的台阶。
千盟炼焦过程自动化管理控制系统使用的工业语音提示器在机车驾驶室，用语音提示机车操作人员：
⑴当推焦车对准计划推焦炉号，并有一定的停留时间，提示“推焦车已到计划炉号,准备工作完毕”。
⑵当拦焦车对准计划推焦炉号，并有一定的停留时间，且焦槽到位，提示“拦焦车已到计划炉号,准备工作完毕”。
⑶当熄焦车对准计划推焦炉号，并有一定的停留时间，且熄焦车车门关，提示“熄焦车已到计划炉号，准备工作完毕”。
⑷当装煤车对准计划推焦炉号，并有一定的停留时间，提示“装煤车已到计划炉号，准备工作完毕”。
⑸当除尘车对准计划推焦炉号，并有一定的停留时间，提示“除尘车已到计划炉号，准备工作完毕”。
⑹当前时间与计划推焦时间相差5分钟时，提示“推焦时刻快到，请各车加快准备”。
⑺当判断推焦开始时，提示“推焦开始,如有紧急情况,请按停止推焦按钮”。
⑻当判断推焦结束时，提示“推焦顺利完成,请按计划到新炉号号推焦”。
⑼推焦被停止时，提示“推焦被紧急停止，请查明原因”。
⑽当判断推焦开始时或者推煤结束时，提示“装煤车开始装煤”。
⑾当判断装煤结束时或者装煤开始时，提示“装煤车装煤完毕”。
⑿当操作人员按下自动走行危险时，提示“前方有车，请注意安全”。
⒀当装煤车操作员按下请求平煤按钮时，提示“请求平煤”。
为什么要讲这些话呢？因为语音提示器可以提示操作人员进行操作，为司机的正确和安全操作提供了有利的条件。
2 千盟炼焦简述
2.1系统结构及作用
系统由中控室部分、车载部分、编码电缆部分构成。
中控室设置在中央控制室，是系统的控制中心，通过收集各机车信息，形成各种控制命令，指挥各机车工作。
机控柜结构“见图2-1”。
 |
图2-1 机控柜结构图
在各机车电器室或操作室安装一台机控柜，机控柜将收集到的机车工作状态信息形成报文传给中控室，并实施中控室发来的命令。每个车上有语音器，用以提示操作人员进行操作。它接收车上控制器发来的信息后，根据信息显示本机车及其它机车实际所在炉号、系统要求各机车的运行方向和速度快慢、计划推焦号和建立在标准时间基础上的计划推焦时间是否达到一级和二级允推，并有13句操作语言提示，为司机的正确和安全操作提供了有利的条件。
2.2系统功能
生产计划编排功能“见图2-2”，可以手工编排和随时修改推焦计划。
2.2.1乱签和恢复
在推焦车上装有乱签和恢复按钮，因生产故障需要更改推焦计划时，推焦车司机可按下乱签按钮更改计划（跳到下一条计划），事故排除后可按恢复按钮恢复计划。
炉号识别及方向判断：根据所检测的机车位置，自动识别机车所处的炉号。根据所检测的机车位置和计划推焦炉号的位置，判断机车应正确运行的方向。
图2-2 计划处理窗口
2.2.2 安全联锁控制
安全联锁控制由推焦联锁控制、装煤联锁控制、取煤联锁控制组成。推焦联锁控制是由下面的条件来控制。
一级允推产生条件：
⑴推焦车、拦焦车、熄焦车对准计划炉号。
⑵导焦槽到位。
⑶熄焦车车身门关。
⑷在允许时间误差范围内。
二级允推产生条件：
⑴一级允推条件成立。
⑵拦焦车人工允推确认。
⑶熄焦车人工允推确认。
当且仅当二级允推信号产生的条件下，系统给出允许推焦命令，才允许推焦杆前
进。
在推焦车操作台上设置联锁解除开关,以便当系统或生产发生故障时解除联锁。
在熄焦车和拦焦车操作台上装有紧急停止按钮，若在推焦过程中熄焦车或拦焦车
发生故障要求停止推焦时，熄焦车或拦焦车司机可按下紧急停止按钮，推焦杆立即停
止前进。
允许摘炉门条件：
⑴推焦车、拦焦车摘门机对准计划出焦碳化室的中心位置。
⑵当前时间离计划出焦时间在允许误差范围内。
只有满足允许摘炉门条件时,系统给出允许摘炉门命令，摘门机才允许动作；在推焦车、拦焦车操作台上装有摘门联锁与解除联锁选择开关，以便机车检修、维修炉门或当系统出现故障时解除联锁。
装煤联锁控制允许装煤条件。
⑴装煤车对准计划装煤炉号。
⑵计划装煤炉号机侧、焦侧炉门已关好。只有满足允许装煤条件时,系统给出允许装煤命令，给料机才允许动作。
取煤联锁控制允许下煤条件：
⑴装煤车对准任何一个下煤口。
⑵装煤车料位仪未满。只有满足允许取煤条件时，系统给出允许取煤命令，煤塔才允许下煤。
2.2.3 自动走行、自动定位功能
⑴自动确定目标位置：根据生产计划，以及当前计划完成情况，自动确定机车下一步应该行走的目标位置。
⑵自动走行：执行计划任务的机车，在车上按“自动走行”按键后，自动朝目标位置走行。并能根据距目标位置的远近，自动控制机车的速度。
⑶自动对位：在自动走行中到达目标位置时自动停止、自动对位。采用自适应控制技术，确保自动对位准确，其自动定位精度达到0.5cm。
⑷安全保证：为确保安全，采用手动优先原则，即任何时候人工扳动走行手柄，自动走行立即取消，进入手动走行状态。
3语音提示器硬件分析
VP1410是可用于多段语音再生的CMOS LSI语音处理芯片。当与外围语音存储器EPROM或ROM相连后，可根据相应的I/O控制信号再生多达10段的语音信息,所需再生的语音信息，通过微机及其相应的开发软件，将录制在录音磁带上的语音固化在EPROM中。VP1410具有以下特征：a)高质量的音质。b)10个直接触发引脚。c)片外程序存储器EPROM/ROM。d)独立的标准接口。e)16位地址线，易扩充。f)5V直流电压。g)电量消耗低。h)内部电阻振荡或外部时钟。i)连续可变的三角形调制解调器。j)通常速度是24kbps到128kbps之间。k)装有VP-880信息数字化系统。l)48脚双列直插封装（VP-1410）或48引脚四列直插封装（VP-1410）。
各引脚功能简要说明如下:
⑴ A0～A16：输出，地址总线，增加一个反方向的扩展，注意VP-1410A没有用A16引脚。
⑵ ANG&ANG：输出，不同的模拟音频信号。
⑶ ANGD：输入，模拟信号连接在外部的比较测定机。
⑷ CL：输入，内部RC振荡器，如果外部时钟被用，它一定连接到这个引脚，并且它的采样频率为64X。
⑸ CLK DRV：输出，缓冲时钟信号，方形波频率相同的采样频率。
⑹ D0～D7：输入，数据总线。
⑺ ENV：输入，连接到一个外部输出。
⑻ INT：输出，连接外部积分器，生成波形。
⑼ GND：接地。
⑽ I/O1～I/O10：输入/出，触发引脚，低电平有效，I/O1是作为信息#1，I/O2作为信息#2等等，当这个芯片空闲时而不能复位，这个引脚将触发输入脉冲，启动这个芯片的工作模式，并发送消息，一旦进入工作模式，这个引脚就变成低输出，直到这条信息结束。
⑾ R1：输出，内部振荡器引脚，当没有用这个外部时钟时将不连接。
⑿ READ：输出，低电平有效，它表示这个芯片是空闲工作模式，这个信号通常被用于存储器输出。
⒀ REWET：输入，高电平有效，复位时这外芯片返回工作模式，这个引脚是很灵敏的。
⒁ TEST：仅用于工厂，保持不连接。
⒂ VCC：输入，提供电源。
3.2语音的录制
3.2.1 Vp880语音发展系统调试使用简要说明
⑴ 将vp880卡插入到计算机主板AISI插槽里，固定好。
⑵ 开电源，进入windows98（即Microsoft windows）的操作系统，不要进入windows2000。（既开机后默认计算机的原定进入目录windows98。不要用 ↑ 或 ↓ 改变默认，否则将不能正常使用vp880系统）。
⑶ win98以后，单击左下角的“开始”→“关闭系统”，在弹出的对话框中选择“重新启动计算机并切换到MS-DOS（既选择最后一项）。进入DOS后出现C:\WINDOWS_ 请键入如下命令：（┘表示回车键）
CD\ ┘ （退到c盘的目录）
CD VP880 ┘ （进入到vp880目录中）
880 /IRQ=7 ┘ （设定中断请求号）
⑷ 完成上述操作命令后，即可进入vp880程序环境，以下步骤请参照vp-880语音发展工具使用手册说明。
⑸ 完成语音录入后，将文件存盘，用写片机写片。写片程序在桌面的RP3000文件夹中，打开之，找到RP3000.exe运行既可开始写片了。
语音录制的采样频率有多种,常用的几种如下:
by30 采集频率为30.0 大小 331910
by32 采集频率为32.2 大小 347120
by36 采集频率为36.1 大小 385705
by46 采集频率为46.0 大小 476040
说明 by取"播音"的第一个字母.每个文件共有13句话.
命名方案: 将每个文件分割成18段,分别命名为by301、by302……；by321、by322…… ； by361、by362……；by460、by461……
录音中说话的顺序：
⑴ 推焦车已到计划炉号，准备工作完毕。
⑵ 拦焦车已到计划炉号，准备工作完毕。
⑶ 熄焦车已到计划炉号，准备工作完毕。
⑷ 装煤车已到计划炉号，准备工作完毕。
⑸ 除尘车已到计划炉号，准备工作完毕。
⑹ 推焦时刻到，请各车加快准备。
⑺ 推焦开始，如有紧急情况，请按紧急停止按钮。
⑻ 推焦顺利完成，请按计划大新炉号推焦。
⑼ 推焦被紧急停止，请查明原因。
⑽ 装煤车开始装煤。
⑾ 装煤车装煤完毕。
⑿ 前方有车，请注意安全。
⒀ 装煤车请求平煤。
3.2.2 EPROM的简介[1]
EPROM是用电信号编程,也用电信号擦除的的只读存储芯片。在芯片外壳上的中间位置有一个圆形窗口，通过这个窗口照射紫外线射就可擦除原有的信息。
A15～A 0：地址线引脚。地址线引脚的数目由芯片的存储容量来定，用来进行单元选择。
D7～D0：数据引脚。
CE：片选输入端。
OE：输出允许控制端。
PGM：编程时，加编程式脉冲的输入端。
VPP：编程时，编程电压（+12V或+25V）输入端。
VCC：+5V，芯片的工作电压。
GND：数字地。
NC：无用端。
3.3 语音提示器硬件分析
3.3.1 硬件电路原理分析
此硬件设计用到了单片机AT89C51[2][3]，语音处理芯片VP1410[4][5]，语音存储芯片27080，通信接口电路芯片MAX485，看门狗芯片MAX813[6]，以及滤波和放大电路[7][8]，“见图3-1”。
软件设计的主要是AT89C51与VP1410的连接，AT89C51的P1.0～P1.6分别与VP1410的INA、INB、INC、IND、INE、INF连接，这些信号用来选择语音存储器中的语音段，由于本系统设计不超过16句话，所以P1.0～P1.3的组合用来选择，即P1.3- P1.0=0H，
选择第0句话，P1.3- P1.0=1H，选择第1句话，P1.6用来控控制开始讲话，P1.6=0，开始讲，P1.6=1，关闭讲话，所以在设计软件中须设计如下的指令，例如：要讲第5句话指令为：
MOV P1,#45H ;选择第5句话，P1.6=1不讲
CLR P1.6 ; P1.6=0，开始讲
LCALL DELAY ;延时，等待讲完这句话
SETB P1.6 ;关闭讲话
另外，AT89C51单片机与MAX485相连，此部分电路借鉴http://www.51hei.com单片机网站的485接口电路相关内容，串行通信数据通过MAX485转换成TTL电平，送到AT89C51的串行通信接口RXD，AT89C51接收通信数据，在软件中根据通信报文的内容控制讲话，“见图3-1”。
图3-1 语音提示器硬件原理图
3.3.2 看门狗[1]
本硬件图采用了看门狗技术,看门狗在计算机系统中是一个最忠实的可信赖的硬件，其动作是引起系统硬件复位，用来保证系统长久运行，让你有一个确信的、稳定系统。当PC受到干扰而失控，引起程序乱飞，也可能使程序陷入“死循环”,指令冗余技术、软件陷阱技术不能使失控的程序摆脱“死循环”的困境，这时系统将完全瘫痪。如果操作者在现场，就可以按下人工复位按钮，强制系统复位。但操作者不能一直临视着系统，即使临视着系统，也往往是在引起不良后果之后才进行人工复位。能不能不要人来临视，使系统“死循环”，重新执行正常的程序呢？这可采用“看门狗”技术来解决这一问题。为了程序脱离“死循环”，通常采用“看门狗技术”，也就是程序临视技术。“看门狗”技术就是不断临视程序循环运行时间，若发现时间超过已知的循环设定时间，则认为系统陷入了“死循环”，然后强迫程序返回到0000H入口，在0000H处安排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。
“看门狗”技术可由硬件实现，也可由软件实现，也可由两者结合来实现。
实现硬件“看门狗”电路方案较多，目前采用较多方案有这么几种：其一、采用专用看门狗电路；其二、采用单稳态来实现“看门狗”；其三、采用内带振荡器的计数器芯片。本系统设计采用专用看门狗电路MAX813芯片。
4.工业语音提示器软件设计
根据另外一个同学所设计的炼焦过程自动化管理控制系统中的工业语音提示器的硬件电路，设计出相应的软件。
4.1 通信子程序设计
4.1.1有关通信的初始设置
由上位机给每台车上发送报文，其发送给各车上的报文格式：
表4-1 发送给各车上第一帧报文格式
|
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
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0H |
炉区号 |
0=计炉 1=推流 |
帧号（0） |
计划推焦时间（时） |
||||
|
1H |
一级允许 |
二级允许 |
计划推焦时间（分） |
|||||
|
2H |
计划推焦炉号//推焦电流 |
|||||||
|
3H |
T车实际炉号 |
|||||||
|
4H |
L车实际炉号 |
|||||||
|
5H |
T摘门允许 |
推焦紧急停止 |
T车请求装煤 |
推焦开始 |
推焦结束 |
T车运行方向 |
||
|
6H |
L摘门允许 |
L车请求装煤 |
拦车人允 |
焦槽到位 |
L车运行方向 |
|||
|
7H |
0=T，1=M |
|||||||
|
8H |
允许自动行走 |
自动行走危险 |
车号 |
|||||
|
9H |
校 验 和 |
|||||||
表4-2 中控室PLC发送给各车上的控制第二帧报文格式
|
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
|
0H |
炉区号 |
标准时间（时） |
||||||
|
1H |
一级允许 |
二级允许 |
标准时间（分） |
|||||
|
2H |
X车实际炉号 |
|||||||
|
3H |
M车实际炉号 |
|||||||
|
4H |
C车实际炉号 |
|||||||
|
5H |
推焦紧急停止 |
熄车人允 |
熄车门关 |
X车运行方向 |
||||
|
6H |
允许装煤 |
请求平煤 |
装煤开始 |
装煤完毕 |
M车运行方向 |
|||
|
7H |
允许除尘 |
开始除尘 |
正在除尘 |
C车运行方向 |
||||
|
8H |
允许自动行走 |
自动行走危险 |
0=T，1=M |
车号 |
||||
|
9H |
校 验 和 |
|||||||
4.1.2 通信协议
波特率为2400b/s，单片机的振荡频率为11.059MHz.
异步通信：1位起始位，8位数据位，1位奇偶校验位，1位停止位，则选用方式3。采用T1定时器模式2，自动装入8位计数器。计算定时器计数初值X≌256-fosc/[波特率×12×（32/2SMOD）],将已知代入上式中，取SMOD=0时，X=244，因取整数误差不大，所以X=244=F4H。
校验方式：字节校验——偶校验。
每隔100ms发送一次报文(10行)，炉区1、2报文间隔发送。
主程序中通信参数设置为：
MOV TMOD,#20H ；设T1工作于模式2
MOV SCON,#0DH ；置串行口方式3,允许接收
MOV PCON,#00H ；设SMOD=0
MOV TH1,#0F4H ；赋计数初值
MOV TL1,#0F4H ；赋计数值
4.1.3接收报文
接收报文程序流程图，“见图4-1”。
接收到的报文放入30H至39H单元,3AH单元放入00，奇偶校验正确，再用3AH单元内容与接收到的数据一个个异或，并存入3AH单元，把39H单元的内容存入Ａ寄存器中，并循环右移1位，再与39H单元的内容异或，异或后再与3AH单元的内容异或，结果为0，则接收出错，转去接收新的报文，如果结果为1，则接收的报文正确，如果超过设定的时间还没接收到报文，则此报文结束或出错，如果出错，则转去接收下一个报文。
4.1.4 报文处理
报文处理程序流程图，“见图4-2”。
上一帧推焦紧急停止是否为0,为0时则检查本帧推焦紧急停止是否为1,为1的话
图4-1接收报文程序流程图
则设置要讲第9句话标志,否则转去看上一帧自动走行危险是否为0,为0则看本帧自动走、行危险是否为1,为1时设置要讲第12句话标志,否则取本帧的第一个数,检查第5位是否为0,为0时为发送给各车上第一帧报文格式,并检查第二个数的的计划炉号是否变化，变化则保留计划炉号，清讲第1、2、3、6、7、8句话标志，并按下面的格式保存各个单元的内容。检查第5位是否为0,不为0时则为中控室PLC发送给各车上的控制第二帧报文格式,并按下面的格式保存各个单元的内容。看上一帧请求平煤是否为0,为0则看本帧是否为1，为1则设置要讲第13句话标志，否则就重新接收报文。
图4-2 报文处理程序流程图
表4-3 处理后的时间
|
10H |
计划推焦时间(时) |
|
11H |
计划推焦时间(分) |
|
12H |
标准时间(时) |
|
13H |
标准时间(分) |
表4-4 处理后的数据存放
|
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
|
20H |
T摘门允许 |
推焦紧急停止 |
T车请求装煤 |
推焦开始 |
推焦结束 |
T车运行方向 |
||
|
21H |
L摘门允许 |
L车请求装煤 |
拦车人允 |
焦槽到位 |
L车运行方向 |
|||
|
22H |
计划炉号//推焦电流 |
|||||||
|
23H |
自动行走危险 |
|||||||
|
24H |
推焦紧急停止 |
熄车人允 |
熄车门关 |
X车运行方向 |
||||
|
25H |
允许装煤 |
请求平煤 |
装煤开始 |
装煤完毕 |
M车运行方向 |
|||
|
26H |
允许除尘 |
开始除尘 |
正在除尘 |
C车运行方向 |
||||