摘要
語音提示器系統采用預錄音回放技術，這種方法必須對信息文本事先進行錄音，并存為聲音文件，結合其他技術，廣泛應用于工業等領域，提示操作人員進行正確操作，以防止出現錯誤操作帶來的不必要損失。煉焦過程自動化管理控制系統，主要是解決焦化廠煉焦過程中三大車通信、地址爐號對位、推焦聯鎖、摘門聯鎖等一系列問題，從而達到生產全過程實行計算機集中管理控制。該系統每個車上有一個工業語音提示器，它接收中央控制室發來的信息后，根據接收到的信息提示操作人員進行操作，為操作人員的正確和安全操作提供了有利的條件。
此畢業設計論文介紹了煉焦過程自動化管理控制系統的結構和功能，分析了語音提示器硬件，然后根據另外一個同學所設計的煉焦過程自動化管理控制系統中的工業語音提示器的硬件電路，設計出相應的軟件，用匯編語言編寫源代碼程序，并在MEDWIN平臺上進行匯編和模擬調試，并介紹了MEDWIN平臺上匯編和模擬調試的步驟，最終在實際設備上初步調試，基本上達到所要設計的任務。
關鍵詞： 單片機；語音提示器；語音處理；數據通信；軟件設計，畢業設計,畢業論文
ABSTRACT
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
此畢業設計是根據另外一個同學所設計的千盟煉焦過程自動化管理控制系統工業語音提示器的硬件電路設計相應的軟件并最終在實際設備上調試。
1.1語音提示器作用
語音提示器系統一般采用預錄音回放技術，這種方法必須對信息文本事先進行錄音，并存為聲音文件，結合其他技術，可以廣泛應用于工業、農業、金融、郵電、工商、政府機關、交通、教育、游戲等領域，提醒人們在工作中、生活中一些要做的事情，減少了不必要損失。
l.2 千盟煉焦過程自動化管理控制系統使用的工業語音提示器
千盟煉焦過程自動化管理控制系統，主要是解決焦化廠煉焦過程中三大車通信、地址爐號對位，推焦聯鎖、摘門聯鎖等一系列問題，從而達到生產全過程實行計算機集中管理控制。實現地面中央控制室與各機車的可靠數據通信；檢測各移動機車的精確位置，達到各機車的自動行走、爐號自動對位；摘門聯鎖、推焦聯鎖、除塵聯鎖控制；生產計劃的自動生成與下達；生產過程數據實時記錄。從而達到生產全過程實行計算機集中管理控制。在計算機的統一指揮下，推焦車、攔焦車、熄焦車、裝煤車四大移動機車，相互配合工作完成裝煤、平煤、推焦、攔焦、接焦、熄焦等一系列工作。該項目的實施，對準確焦炭結焦時間、保證焦炭質量、加強推焦操作工藝管理、提高焦爐作業水平、保護爐體、實現焦爐預檢修、延長焦爐使用壽命、杜絕人為操作的隨意性對焦炭質量的影響、杜絕因爐號對位失誤而引起的紅焦落地等安全質量事故，保護機車機械和電器設備、確保焦爐安全生產和提高經濟效益具有十分重要的意義，使焦爐操作管理水平上了新的臺階。
千盟煉焦過程自動化管理控制系統使用的工業語音提示器在機車駕駛室，用語音提示機車操作人員：
⑴當推焦車對準計劃推焦爐號，并有一定的停留時間，提示“推焦車已到計劃爐號,準備工作完畢”。
⑵當攔焦車對準計劃推焦爐號，并有一定的停留時間，且焦槽到位，提示“攔焦車已到計劃爐號,準備工作完畢”。
⑶當熄焦車對準計劃推焦爐號，并有一定的停留時間，且熄焦車車門關，提示“熄焦車已到計劃爐號，準備工作完畢”。
⑷當裝煤車對準計劃推焦爐號，并有一定的停留時間，提示“裝煤車已到計劃爐號，準備工作完畢”。
⑸當除塵車對準計劃推焦爐號，并有一定的停留時間，提示“除塵車已到計劃爐號，準備工作完畢”。
⑹當前時間與計劃推焦時間相差5分鐘時，提示“推焦時刻快到，請各車加快準備”。
⑺當判斷推焦開始時，提示“推焦開始,如有緊急情況,請按停止推焦按鈕”。
⑻當判斷推焦結束時，提示“推焦順利完成,請按計劃到新爐號號推焦”。
⑼推焦被停止時，提示“推焦被緊急停止，請查明原因”。
⑽當判斷推焦開始時或者推煤結束時，提示“裝煤車開始裝煤”。
⑾當判斷裝煤結束時或者裝煤開始時，提示“裝煤車裝煤完畢”。
⑿當操作人員按下自動走行危險時，提示“前方有車，請注意安全”。
⒀當裝煤車操作員按下請求平煤按鈕時，提示“請求平煤”。
為什么要講這些話呢？因為語音提示器可以提示操作人員進行操作，為司機的正確和安全操作提供了有利的條件。
2 千盟煉焦簡述
2.1系統結構及作用
系統由中控室部分、車載部分、編碼電纜部分構成。
中控室設置在中央控制室，是系統的控制中心，通過收集各機車信息，形成各種控制命令，指揮各機車工作。
機控柜結構“見圖2-1”。
圖2-1 機控柜結構圖
在各機車電器室或操作室安裝一臺機控柜，機控柜將收集到的機車工作狀態信息形成報文傳給中控室，并實施中控室發來的命令。每個車上有語音器，用以提示操作人員進行操作。它接收車上控制器發來的信息后，根據信息顯示本機車及其它機車實際所在爐號、系統要求各機車的運行方向和速度快慢、計劃推焦號和建立在標準時間基礎上的計劃推焦時間是否達到一級和二級允推，并有13句操作語言提示，為司機的正確和安全操作提供了有利的條件。
2.2系統功能
2.2.1亂簽和恢復
在推焦車上裝有亂簽和恢復按鈕，因生產故障需要更改推焦計劃時，推焦車司機可按下亂簽按鈕更改計劃（跳到下一條計劃），事故排除后可按恢復按鈕恢復計劃。
爐號識別及方向判斷：根據所檢測的機車位置，自動識別機車所處的爐號。根據所檢測的機車位置和計劃推焦爐號的位置，判斷機車應正確運行的方向。
圖2-2 計劃處理窗口
2.2.2 安全聯鎖控制
安全聯鎖控制由推焦聯鎖控制、裝煤聯鎖控制、取煤聯鎖控制組成。推焦聯鎖控制是由下面的條件來控制。
一級允推產生條件：
⑴推焦車、攔焦車、熄焦車對準計劃爐號。
⑵導焦槽到位。
⑶熄焦車車身門關。
⑷在允許時間誤差范圍內。
二級允推產生條件：
⑴一級允推條件成立。
⑵攔焦車人工允推確認。
⑶熄焦車人工允推確認。
當且僅當二級允推信號產生的條件下，系統給出允許推焦命令，才允許推焦桿前
進。
在推焦車操作臺上設置聯鎖解除開關,以便當系統或生產發生故障時解除聯鎖。
在熄焦車和攔焦車操作臺上裝有緊急停止按鈕，若在推焦過程中熄焦車或攔焦車
發生故障要求停止推焦時，熄焦車或攔焦車司機可按下緊急停止按鈕，推焦桿立即停
止前進。
允許摘爐門條件：
⑴推焦車、攔焦車摘門機對準計劃出焦碳化室的中心位置。
⑵當前時間離計劃出焦時間在允許誤差范圍內。
只有滿足允許摘爐門條件時,系統給出允許摘爐門命令，摘門機才允許動作；在推焦車、攔焦車操作臺上裝有摘門聯鎖與解除聯鎖選擇開關，以便機車檢修、維修爐門或當系統出現故障時解除聯鎖。
裝煤聯鎖控制允許裝煤條件。
⑴裝煤車對準計劃裝煤爐號。
⑵計劃裝煤爐號機側、焦側爐門已關好。只有滿足允許裝煤條件時,系統給出允許裝煤命令，給料機才允許動作。
取煤聯鎖控制允許下煤條件：
⑴裝煤車對準任何一個下煤口。
⑵裝煤車料位儀未滿。只有滿足允許取煤條件時，系統給出允許取煤命令，煤塔才允許下煤。
2.2.3 自動走行、自動定位功能
⑴自動確定目標位置：根據生產計劃，以及當前計劃完成情況，自動確定機車下一步應該行走的目標位置。
⑵自動走行：執行計劃任務的機車，在車上按“自動走行”按鍵后，自動朝目標位置走行。并能根據距目標位置的遠近，自動控制機車的速度。
⑶自動對位：在自動走行中到達目標位置時自動停止、自動對位。采用自適應控制技術，確保自動對位準確，其自動定位精度達到0.5cm。
⑷安全保證：為確保安全，采用手動優先原則，即任何時候人工扳動走行手柄，自動走行立即取消，進入手動走行狀態。
3語音提示器硬件分析
3.1 VP1410分析
VP1410是可用于多段語音再生的CMOS LSI語音處理芯片。當與外圍語音存儲器EPROM或ROM相連后，可根據相應的I/O控制信號再生多達10段的語音信息,所需再生的語音信息，通過微機及其相應的開發軟件，將錄制在錄音磁帶上的語音固化在EPROM中。VP1410具有以下特征：a)高質量的音質。b)10個直接觸發引腳。c)片外程序存儲器EPROM/ROM。d)獨立的標準接口。e)16位地址線，易擴充。f)5V直流電壓。g)電量消耗低。h)內部電阻振蕩或外部時鐘。i)連續可變的三角形調制解調器。j)通常速度是24kbps到128kbps之間。k)裝有VP-880信息數字化系統。l)48腳雙列直插封裝（VP-1410）或48引腳四列直插封裝（VP-1410）。
各引腳功能簡要說明如下:
⑴ A0～A16：輸出，地址總線，增加一個反方向的擴展，注意VP-1410A沒有用A16引腳。
⑵ ANG&ANG：輸出，不同的模擬音頻信號。
⑶ ANGD：輸入，模擬信號連接在外部的比較測定機。
⑷ CL：輸入，內部RC振蕩器，如果外部時鐘被用，它一定連接到這個引腳，并且它的采樣頻率為64X。
⑸ CLK DRV：輸出，緩沖時鐘信號，方形波頻率相同的采樣頻率。
⑹ D0～D7：輸入，數據總線。
⑺ ENV：輸入，連接到一個外部輸出。
⑻ INT：輸出，連接外部積分器，生成波形。
⑼ GND：接地。
⑽ I/O1～I/O10：輸入/出，觸發引腳，低電平有效，I/O1是作為信息#1，I/O2作為信息#2等等，當這個芯片空閑時而不能復位，這個引腳將觸發輸入脈沖，啟動這個芯片的工作模式，并發送消息，一旦進入工作模式，這個引腳就變成低輸出，直到這條信息結束。
⑾ R1：輸出，內部振蕩器引腳，當沒有用這個外部時鐘時將不連接。
⑿ READ：輸出，低電平有效，它表示這個芯片是空閑工作模式，這個信號通常被用于存儲器輸出。
⒀ REWET：輸入，高電平有效，復位時這外芯片返回工作模式，這個引腳是很靈敏的。
⒁ TEST：僅用于工廠，保持不連接。
⒂ VCC：輸入，提供電源。
3.2語音的錄制
3.2.1 Vp880語音發展系統調試使用簡要說明
⑴ 將vp880卡插入到計算機主板AISI插槽里，固定好。
⑵ 開電源，進入windows98（即Microsoft windows）的操作系統，不要進入windows2000。（既開機后默認計算機的原定進入目錄windows98。不要用 ↑ 或 ↓ 改變默認，否則將不能正常使用vp880系統）。
⑶ win98以后，單擊左下角的“開始”→“關閉系統”，在彈出的對話框中選擇“重新啟動計算機并切換到MS-DOS（既選擇最后一項）。進入DOS后出現C:\WINDOWS_ 請鍵入如下命令：（┘表示回車鍵）
CD\ ┘ （退到c盤的目錄）
CD VP880 ┘ （進入到vp880目錄中）
880 /IRQ=7 ┘ （設定中斷請求號）
⑷ 完成上述操作命令后，即可進入vp880程序環境，以下步驟請參照vp-880語音發展工具使用手冊說明。
⑸ 完成語音錄入后，將文件存盤，用寫片機寫片。寫片程序在桌面的RP3000文件夾中，打開之，找到RP3000.exe運行既可開始寫片了。
語音錄制的采樣頻率有多種,常用的幾種如下:
by30 采集頻率為30.0 大小 331910
by32 采集頻率為32.2 大小 347120
by36 采集頻率為36.1 大小 385705
by46 采集頻率為46.0 大小 476040
說明 by取"播音"的第一個字母.每個文件共有13句話.
命名方案: 將每個文件分割成18段,分別命名為by301、by302……；by321、by322…… ； by361、by362……；by460、by461……
錄音中說話的順序：
⑴ 推焦車已到計劃爐號，準備工作完畢。
⑵ 攔焦車已到計劃爐號，準備工作完畢。
⑶ 熄焦車已到計劃爐號，準備工作完畢。
⑷ 裝煤車已到計劃爐號，準備工作完畢。
⑸ 除塵車已到計劃爐號，準備工作完畢。
⑹ 推焦時刻到，請各車加快準備。
⑺ 推焦開始，如有緊急情況，請按緊急停止按鈕。
⑻ 推焦順利完成，請按計劃大新爐號推焦。
⑼ 推焦被緊急停止，請查明原因。
⑽ 裝煤車開始裝煤。
⑾ 裝煤車裝煤完畢。
⑿ 前方有車，請注意安全。
⒀ 裝煤車請求平煤。
3.2.2 EPROM的簡介[1]
EPROM是用電信號編程,也用電信號擦除的的只讀存儲芯片。在芯片外殼上的中間位置有一個圓形窗口，通過這個窗口照射紫外線射就可擦除原有的信息。
A15～A 0：地址線引腳。地址線引腳的數目由芯片的存儲容量來定，用來進行單元選擇。
D7～D0：數據引腳。
CE：片選輸入端。
OE：輸出允許控制端。
PGM：編程時，加編程式脈沖的輸入端。
VPP：編程時，編程電壓（+12V或+25V）輸入端。
VCC：+5V，芯片的工作電壓。
GND：數字地。
NC：無用端。
3.3 語音提示器硬件分析
3.3.1 硬件電路原理分析
此硬件設計用到了單片機AT89C51[2][3]，語音處理芯片VP1410[4][5]，語音存儲芯片27080，通信接口電路芯片MAX485，看門狗芯片MAX813[6]，以及濾波和放大電路[7][8]，“見圖3-1”。
軟件設計的主要是AT89C51與VP1410的連接，AT89C51的P1.0～P1.6分別與VP1410的INA、INB、INC、IND、INE、INF連接，這些信號用來選擇語音存儲器中的語音段，由于本系統設計不超過16句話，所以P1.0～P1.3的組合用來選擇，即P1.3- P1.0=0H，
選擇第0句話，P1.3- P1.0=1H，選擇第1句話，P1.6用來控控制開始講話，P1.6=0，開始講，P1.6=1，關閉講話，所以在設計軟件中須設計如下的指令，例如：要講第5句話指令為：
MOV P1,#45H ;選擇第5句話，P1.6=1不講
CLR P1.6 ; P1.6=0，開始講
LCALL DELAY ;延時，等待講完這句話
SETB P1.6 ;關閉講話
另外，AT89C51單片機與MAX485相連，此部分電路借鑒http://www.51hei.com單片機網站的485接口電路相關內容，串行通信數據通過MAX485轉換成TTL電平，送到AT89C51的串行通信接口RXD，AT89C51接收通信數據，在軟件中根據通信報文的內容控制講話，“見圖3-1”。
圖3-1 語音提示器硬件原理圖
3.3.2 看門狗[1]
本硬件圖采用了看門狗技術,看門狗在計算機系統中是一個最忠實的可信賴的硬件，其動作是引起系統硬件復位，用來保證系統長久運行，讓你有一個確信的、穩定系統。當PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環”,指令冗余技術、軟件陷阱技術不能使失控的程序擺脫“死循環”的困境，這時系統將完全癱瘓。如果操作者在現場，就可以按下人工復位按鈕，強制系統復位。但操作者不能一直臨視著系統，即使臨視著系統，也往往是在引起不良后果之后才進行人工復位。能不能不要人來臨視，使系統“死循環”，重新執行正常的程序呢？這可采用“看門狗”技術來解決這一問題。為了程序脫離“死循環”，通常采用“看門狗技術”，也就是程序臨視技術。“看門狗”技術就是不斷臨視程序循環運行時間，若發現時間超過已知的循環設定時間，則認為系統陷入了“死循環”，然后強迫程序返回到0000H入口，在0000H處安排一段出錯處理程序，使系統運行納入正規。
“看門狗”技術可由硬件實現，也可由軟件實現，也可由兩者結合來實現。
實現硬件“看門狗”電路方案較多，目前采用較多方案有這么幾種：其一、采用專用看門狗電路；其二、采用單穩態來實現“看門狗”；其三、采用內帶振蕩器的計數器芯片。本系統設計采用專用看門狗電路MAX813芯片。
4.工業語音提示器軟件設計
根據另外一個同學所設計的煉焦過程自動化管理控制系統中的工業語音提示器的硬件電路，設計出相應的軟件。
4.1 通信子程序設計
4.1.1有關通信的初始設置
由上位機給每臺車上發送報文，其發送給各車上的報文格式：
表4-1 發送給各車上第一幀報文格式
| |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
0H |
爐區號 |
0=計爐
1=推流 |
幀號（0） |
計劃推焦時間（時） |
|
1H |
一級允許 |
二級允許 |
計劃推焦時間（分） |
|
2H |
計劃推焦爐號//推焦電流 |
|
3H |
T車實際爐號 |
|
4H |
L車實際爐號 |
|
5H |
T摘門允許 |
推焦緊急停止 |
T車請求裝煤 |
推焦開始 |
推焦結束 |
T車運行方向 |
|
6H |
L摘門允許 |
|
L車請求裝煤 |
攔車人允 |
焦槽到位 |
L車運行方向 |
|
7H |
|
|
|
|
|
0=T，1=M |
|
|
|
8H |
允許自動行走 |
自動行走危險 |
|
|
|
車號 |
|
9H |
校 驗 和 |
表4-2 中控室PLC發送給各車上的控制第二幀報文格式
| |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
0H |
爐區號 |
|
|
標準時間（時） |
|
1H |
一級允許 |
二級允許 |
標準時間（分） |
|
2H |
X車實際爐號 |
|
3H |
M車實際爐號 |
|
4H |
C車實際爐號 |
|
5H |
|
推焦緊急停止 |
|
熄車人允 |
熄車門關 |
X車運行方向 |
|
6H |
允許裝煤 |
|
請求平煤 |
裝煤開始 |
裝煤完畢 |
M車運行方向 |
|
7H |
允許除塵 |
|
|
開始除塵 |
正在除塵 |
C車運行方向 |
|
8H |
允許自動行走 |
自動行走危險 |
|
|
|
0=T，1=M |
車號 |
|
9H |
校 驗 和 |
4.1.2 通信協議
波特率為2400b/s，單片機的振蕩頻率為11.059MHz.
異步通信：1位起始位，8位數據位，1位奇偶校驗位，1位停止位，則選用方式3。采用T1定時器模式2，自動裝入8位計數器。計算定時器計數初值X≌256-fosc/[波特率×12×（32/2SMOD）],將已知代入上式中，取SMOD=0時，X=244，因取整數誤差不大，所以X=244=F4H。
校驗方式：字節校驗——偶校驗。
每隔100ms發送一次報文(10行)，爐區1、2報文間隔發送。
主程序中通信參數設置為：
MOV TMOD,#20H ；設T1工作于模式2
MOV SCON,#0DH ；置串行口方式3,允許接收
MOV PCON,#00H ；設SMOD=0
MOV TH1,#0F4H ；賦計數初值
MOV TL1,#0F4H ；賦計數值
4.1.3接收報文
接收報文程序流程圖，“見圖4-1”。
接收到的報文放入30H至39H單元,3AH單元放入00，奇偶校驗正確，再用3AH單元內容與接收到的數據一個個異或，并存入3AH單元，把39H單元的內容存入Ａ寄存器中，并循環右移1位，再與39H單元的內容異或，異或后再與3AH單元的內容異或，結果為0，則接收出錯，轉去接收新的報文，如果結果為1，則接收的報文正確，如果超過設定的時間還沒接收到報文，則此報文結束或出錯，如果出錯，則轉去接收下一個報文。
4.1.4 報文處理
報文處理程序流程圖，“見圖4-2”。
上一幀推焦緊急停止是否為0,為0時則檢查本幀推焦緊急停止是否為1,為1的話
圖4-1接收報文程序流程圖
則設置要講第9句話標志,否則轉去看上一幀自動走行危險是否為0,為0則看本幀自動走、行危險是否為1,為1時設置要講第12句話標志,否則取本幀的第一個數,檢查第5位是否為0,為0時為發送給各車上第一幀報文格式,并檢查第二個數的的計劃爐號是否變化，變化則保留計劃爐號，清講第1、2、3、6、7、8句話標志，并按下面的格式保存各個單元的內容。檢查第5位是否為0,不為0時則為中控室PLC發送給各車上的控制第二幀報文格式,并按下面的格式保存各個單元的內容。看上一幀請求平煤是否為0,為0則看本幀是否為1，為1則設置要講第13句話標志，否則就重新接收報文。
圖4-2 報文處理程序流程圖
表4-3 處理后的時間
|
10H |
計劃推焦時間(時) |
|
11H |
計劃推焦時間(分) |
|
12H |
標準時間(時) |
|
13H |
標準時間(分) |
表4-4 處理后的數據存放
| |
D7 |
D6 |
D5 |
D4 |
D3 |
D2 |
D1 |
D0 |
|
20H |
T摘門允許 |
推焦緊急停止 |
T車請求裝煤 |
推焦開始 |
推焦結束 |
T車運行方向 |
|
21H |
L摘門允許 |
|
L車請求裝煤 |
攔車人允 |
焦槽到位 |
L車運行方向 |
|
22H |
計劃爐號//推焦電流 |
|
23H |
|
自動行走危險 |
|
|
|
|
|
|
|
24H |
|
推焦緊急停止 |
|
熄車人允 |
熄車門關 |
X車運行方向 |
|
25H |
允許裝煤 |
|
請求平煤 |
裝煤開始 |
裝煤完畢 |
M車運行方向 |
|
26H |
允許除塵 |
|
|
開始除塵 |
正在除塵 |
C車運行方向 |
66821730(技術支持)
