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地铁车辆信息显示系统的设计和应用

供稿:工控网 2014/7/18 9:09:00

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1.概况
     语音识别技术成为21世纪“数字时代”的重要开发领域,在计算机的多媒体技术应用和工业自动化控制应用等方面,成果令人属目。语音识别技术是指用电子装置来识别某些人的某些特征语音,语音识别的手段一般分为二大类,一类利用在计算机上开发语音识别系统,通过编程软件达到对语音的识别,另一类采用专门的语音识别芯片来进行简单的语音识别。利用专门的语音识别芯片应用在地铁车辆上,具有结构简单、使用方便,并且语音识别器有较高的可靠性、稳定性的特点,是简单语音识别在自动控制应用上的一种优先方案。
     目前上海地铁一、二、三、五、六、八号线在车辆信息显示系统的设计上缺少实用性和操作性,对乘客来讲缺少在实时报站时的人性化。如:地铁车厢内的乘客信息显示系统和车厢外侧的列车信息显示系统。如果在每个车门的上方安装车站站名动态显示地图,实时显示与车厢广播同步的信息,以及在每节车厢外侧显示列车的终点站,良好的工业设计不仅能给广大的乘客带来非常大的帮助,而且能够提升上海地铁服务的形象。由于在设计以上地铁列车时,受科技发展的限制。现在上海地铁4号线在车辆信息显示系统的设计上满足了广大的乘客的需求,
增加了车站站名动态显示地图。
如何在现有的地铁车辆上增加地铁车厢内的乘客信息显示系统和车厢外侧的列车信息显示系统,如图1、2,首先考虑其实用性和性价比,同时安装、操作要方便,在不影响列车的性能的前提下,完成本乘客信息显示系统的应用,设计方案的选择极其重要,目前的乘客信息显示系统比较复杂,例如:对于应用在某条线路上的声音识别系统,不仅要修改原语音文件,而且声音识别器不容易操纵,



 对使用者来讲仍然存在比较多的问题。对于应用在某条线路上数字传输显示系统,其操作方法不仅给司机带来了任务,每站需要手动操作二次,同时显示的相关内容没有实时性,总之乘客信息显示系统比较落后。
    设计一种符合现代化要求的乘客信息显示系统是非常必要。
2.设计
  地铁车辆乘客信息显示系统的设计,采用CMOS语音识别大规模集成电路,识别响应时间小于300 ms。HM2007芯片采用单片结构,如图3。将语音识别需要的全部电路:CPU、A/D、ROM、语音的AMP放大器、压缩器、滤波器、震荡器和接口界面等集中在一片芯片内,这样外围电路就非常少,外接64K非易失性SRAM,最多能识别40个车站站名语音(字长0.9秒),或(字长1.92秒)但识别仅20个车站站名语音。按正常人的讲话速度,0.9秒一般每秒吐字1到3个为宜。



针对目前上海地铁列车在车厢内外无LED动态站名显示而设计,通过将列车车厢广播的模拟信号转换成数字信号,自动控制LED发光二极管,在列车在车厢内使得广播的内容(每个车站站名)与发光二极管显示面板声光同步,将显示面板放置地铁车辆的每扇车门上方,并且显示面板以地铁运营线路为背景,达到列车进站和出站时能分别指示。在列车车厢外让乘客非常直观地、一目了然地了解车辆的终点站方向,从而方便乘客的上下车,提高了地铁服务水平。在国外的地铁列车上应用已相当普遍。
     语音识别显示器①的输入端与车载广播功放器相连接,实现广播模拟信号发出的语音进行车站名的自动识别。不需要编程技术和修改文件等方法,全部采用硬件方法设计。整个系统分为5部分:(1)输入控制部分;(2)噪音滤波部分;(3)语言识别部分;(4)执行显示部分;(5)录音功能部分。
(1)输入控制部分:  
     通过麦克风或(结合器)连接,如图4所示,要求模拟语音输入点的电压必须控制在大约20mv左右,以确保后期语音识别的正确性。在输入电路中增加了声音控制部分的电路,即将模拟信号转变成数字方波信号,对语音输入进行开关量的控制,确保在T<0.9秒内的正确输入语音字长。



(2)语音识别部分:  
     利用语音识别芯片HM2007和外接6264SRAM存储器组成为主要部分,(HM2007中ROM已经固化了语音语法技术)对语音的存储及语音语法算法进行控制。HM2007的详细内容见产品说明书。
(3)噪音滤波部分:  
     滤波功能是自动识别(阻挡)我们在设计阶段设计好的各个工况的语音情况,例如:司机的讲话及车辆杂音等(在麦克风的工况下),以确保输入语音的可靠性、稳定性,特采用UM3758串行编译码一体化进行滤波电路。如图5。



(4)执行显示部分:
     将车厢广播喇叭的模拟信息通过语音识别器转变成数字信息,最终经过译码电路、4/16多路数据选择器及RS485接口,去控制车厢内车门上十个LED显示面板,如图6。



(5)录音功能部分:
     在进行广播内容更改时,本项目最大的特点是:不需要任何手段的手工软件编程的修改,而是通过远程音频电路控制技术进行按动相关按钮,选择地址然后自动录入内容,如图6。
     
3.  结论
     语音识别器及LED显示面板的设计,能应用到以前没有LED显示面功能的地铁车辆上,与其他所设计的方式相比较,语音识别控制简单、可靠性好、安装方便、相对投资最小和不改动车厢内任何电器为特点,仅提供110VDC电源和音频输入接口。
     本项目的开发具有一定社会效益,得到国内外乘客和残疾人员的欢迎,提高了地铁服务质量。
参考文献:
1. HUALON MICRELECTRONICS CORPORATION TIWAN    PRODUCT  NUMBER:  HM2007
2. 555集成电路实用大全        上海科技普及出版社
3.①获得“2003年上海市优秀发明选拔赛三等奖”
4.①编入《中国科技发展精典文库》第四辑
5  ①编入《中国科技发展论坛》建设科技卷
6.文章供有关人员参考和交流
               信息来源于:中国城市轨道交通

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