地鐵車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用1．概況 語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)成為21世紀(jì)“數(shù)字時(shí)代”的重要開發(fā)領(lǐng)域，在計(jì)算機(jī)的多媒體技術(shù)應(yīng)用和工業(yè)自動(dòng)化控制應(yīng)用等方面，成果令人屬目。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是指用電子裝置來(lái)識(shí)別某些人的某些特征語(yǔ)音，語(yǔ)音識(shí)別的手段一般分為二大類，一類利用在計(jì)算機(jī)上開發(fā)語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，通過編程軟件達(dá)到對(duì)語(yǔ)音的識(shí)別，另一類采用專門的語(yǔ)音識(shí)別芯片來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)音識(shí)別。利用專門的語(yǔ)音識(shí)別芯片應(yīng)用在地鐵車輛上，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，并且語(yǔ)音識(shí)別器有較高的可靠性、穩(wěn)定性的特點(diǎn)，是簡(jiǎn)單語(yǔ)音識(shí)別在自動(dòng)控制應(yīng)用上的一種優(yōu)先方案。 目前上海地鐵一、二、三、五、六、八號(hào)線在車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上缺少實(shí)用性和操作性，對(duì)乘客來(lái)講缺少在實(shí)時(shí)報(bào)站時(shí)的人性化。如：地鐵車廂內(nèi)的乘客信息顯示系統(tǒng)和車廂外側(cè)的列車信息顯示系統(tǒng)。如果在每個(gè)車門的上方安裝車站站名動(dòng)態(tài)顯示地圖，實(shí)時(shí)顯示與車廂廣播同步的信息，以及在每節(jié)車廂外側(cè)顯示列車的終點(diǎn)站，良好的工業(yè)設(shè)計(jì)不僅能給廣大的乘客帶來(lái)非常大的幫助，而且能夠提升上海地鐵服務(wù)的形象。由于在設(shè)計(jì)以上地鐵列車時(shí)，受科技發(fā)展的限制?，F(xiàn)在上海地鐵4號(hào)線在車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上滿足了廣大的乘客的需求，增加了車站站名動(dòng)態(tài)顯示地圖。如何在現(xiàn)有的地鐵車輛上增加地鐵車廂內(nèi)的乘客信息顯示系統(tǒng)和車廂外側(cè)的列車信息顯示系統(tǒng)，如圖1、2，首先考慮其實(shí)用性和性價(jià)比，同時(shí)安裝、操作要方便，在不影響列車的性能的前提下，完成本乘客信息顯示系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)方案的選擇極其重要，目前的乘客信息顯示系統(tǒng)比較復(fù)雜，例如：對(duì)于應(yīng)用在某條線路上的聲音識(shí)別系統(tǒng)，不僅要修改原語(yǔ)音文件，而且聲音識(shí)別器不容易操縱， 
對(duì)使用者來(lái)講仍然存在比較多的問題。對(duì)于應(yīng)用在某條線路上數(shù)字傳輸顯示系統(tǒng)，其操作方法不僅給司機(jī)帶來(lái)了任務(wù)，每站需要手動(dòng)操作二次，同時(shí)顯示的相關(guān)內(nèi)容沒有實(shí)時(shí)性，總之乘客信息顯示系統(tǒng)比較落后。 設(shè)計(jì)一種符合現(xiàn)代化要求的乘客信息顯示系統(tǒng)是非常必要。2．設(shè)計(jì) 地鐵車輛乘客信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用CMOS語(yǔ)音識(shí)別大規(guī)模集成電路，識(shí)別響應(yīng)時(shí)間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結(jié)構(gòu)，如圖3。將語(yǔ)音識(shí)別需要的全部電路：CPU、A/D、ROM、語(yǔ)音的AMP放大器、壓縮器、濾波器、震蕩器和接口界面等集中在一片芯片內(nèi)，這樣外圍電路就非常少，外接64K非易失性SRAM，最多能識(shí)別40個(gè)車站站名語(yǔ)音（字長(zhǎng)0.9秒），或（字長(zhǎng)1.92秒）但識(shí)別僅20個(gè)車站站名語(yǔ)音。按正常人的講話速度，0.9秒一般每秒吐字1到3個(gè)為宜。 針對(duì)目前上海地鐵列車在車廂內(nèi)外無(wú)LED動(dòng)態(tài)站名顯示而設(shè)計(jì)，通過將列車車廂廣播的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)控制LED發(fā)光二極管，在列車在車廂內(nèi)使得廣播的內(nèi)容（每個(gè)車站站名）與發(fā)光二極管顯示面板聲光同步，將顯示面板放置地鐵車輛的每扇車門上方，并且顯示面板以地鐵運(yùn)營(yíng)線路為背景，達(dá)到列車進(jìn)站和出站時(shí)能分別指示。在列車車廂外讓乘客非常直觀地、一目了然地了解車輛的終點(diǎn)站方向，從而方便乘客的上下車，提高了地鐵服務(wù)水平。在國(guó)外的地鐵列車上應(yīng)用已相當(dāng)普遍。 語(yǔ)音識(shí)別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實(shí)現(xiàn)廣播模擬信號(hào)發(fā)出的語(yǔ)音進(jìn)行車站名的自動(dòng)識(shí)別。不需要編程技術(shù)和修改文件等方法，全部采用硬件方法設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為5部分：（1）輸入控制部分；（2）噪音濾波部分；（3）語(yǔ)言識(shí)別部分；（4）執(zhí)行顯示部分；（5）錄音功能部分。（1）輸入控制部分： 通過麥克風(fēng)或（結(jié)合器）連接，如圖4所示，要求模擬語(yǔ)音輸入點(diǎn)的電壓必須控制在大約20mv左右，以確保后期語(yǔ)音識(shí)別的正確性。在輸入電路中增加了聲音控制部分的電路，即將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字方波信號(hào)，對(duì)語(yǔ)音輸入進(jìn)行開關(guān)量的控制，確保在T<0.9秒內(nèi)的正確輸入語(yǔ)音字長(zhǎng)。 （2）語(yǔ)音識(shí)別部分： 利用語(yǔ)音識(shí)別芯片HM2007和外接6264SRAM存儲(chǔ)器組成為主要部分，（HM2007中ROM已經(jīng)固化了語(yǔ)音語(yǔ)法技術(shù)）對(duì)語(yǔ)音的存儲(chǔ)及語(yǔ)音語(yǔ)法算法進(jìn)行控制。HM2007的詳細(xì)內(nèi)容見產(chǎn)品說(shuō)明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動(dòng)識(shí)別（阻擋）我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的各個(gè)工況的語(yǔ)音情況，例如：司機(jī)的講話及車輛雜音等（在麥克風(fēng)的工況下），以確保輸入語(yǔ)音的可靠性、穩(wěn)定性，特采用UM3758串行編譯碼一體化進(jìn)行濾波電路。如圖5。（4）執(zhí)行顯示部分： 將車廂廣播喇叭的模擬信息通過語(yǔ)音識(shí)別器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息，最終經(jīng)過譯碼電路、4/16多路數(shù)據(jù)選擇器及RS485接口，去控制車廂內(nèi)車門上十個(gè)LED顯示面板，如圖6。（5）錄音功能部分： 在進(jìn)行廣播內(nèi)容更改時(shí)，本項(xiàng)目最大的特點(diǎn)是：不需要任何手段的手工軟件編程的修改，而是通過遠(yuǎn)程音頻電路控制技術(shù)進(jìn)行按動(dòng)相關(guān)按鈕，選擇地址然后自動(dòng)錄入內(nèi)容，如圖6。3. 結(jié)論 語(yǔ)音識(shí)別器及LED顯示面板的設(shè)計(jì)，能應(yīng)用到以前沒有LED顯示面功能的地鐵車輛上，與其他所設(shè)計(jì)的方式相比較，語(yǔ)音識(shí)別控制簡(jiǎn)單、可靠性好、安裝方便、相對(duì)投資最小和不改動(dòng)車廂內(nèi)任何電器為特點(diǎn)，僅提供110VDC電源和音頻輸入接口。 本項(xiàng)目的開發(fā)具有一定社會(huì)效益，得到國(guó)內(nèi)外乘客和殘疾人員的歡迎，提高了地鐵服務(wù)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1. HUALON MICRELECTRONICS CORPORATION TIWAN PRODUCT NUMBER: HM20072. 555集成電路實(shí)用大全 上海科技普及出版社3．①獲得“2003年上海市優(yōu)秀發(fā)明選拔賽三等獎(jiǎng)”4．①編入《中國(guó)科技發(fā)展精典文庫(kù)》第四輯5 ①編入《中國(guó)科技發(fā)展論壇》建設(shè)科技卷6．文章供有關(guān)人員參考和交流
對(duì)使用者來(lái)講仍然存在比較多的問題。對(duì)于應(yīng)用在某條線路上數(shù)字傳輸顯示系統(tǒng)，其操作方法不僅給司機(jī)帶來(lái)了任務(wù)，每站需要手動(dòng)操作二次，同時(shí)顯示的相關(guān)內(nèi)容沒有實(shí)時(shí)性，總之乘客信息顯示系統(tǒng)比較落后。 設(shè)計(jì)一種符合現(xiàn)代化要求的乘客信息顯示系統(tǒng)是非常必要。2．設(shè)計(jì) 地鐵車輛乘客信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用CMOS語(yǔ)音識(shí)別大規(guī)模集成電路，識(shí)別響應(yīng)時(shí)間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結(jié)構(gòu)，如圖3。將語(yǔ)音識(shí)別需要的全部電路：CPU、A/D、ROM、語(yǔ)音的AMP放大器、壓縮器、濾波器、震蕩器和接口界面等集中在一片芯片內(nèi)，這樣外圍電路就非常少，外接64K非易失性SRAM，最多能識(shí)別40個(gè)車站站名語(yǔ)音（字長(zhǎng)0.9秒），或（字長(zhǎng)1.92秒）但識(shí)別僅20個(gè)車站站名語(yǔ)音。按正常人的講話速度，0.9秒一般每秒吐字1到3個(gè)為宜。 針對(duì)目前上海地鐵列車在車廂內(nèi)外無(wú)LED動(dòng)態(tài)站名顯示而設(shè)計(jì)，通過將列車車廂廣播的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)控制LED發(fā)光二極管，在列車在車廂內(nèi)使得廣播的內(nèi)容（每個(gè)車站站名）與發(fā)光二極管顯示面板聲光同步，將顯示面板放置地鐵車輛的每扇車門上方，并且顯示面板以地鐵運(yùn)營(yíng)線路為背景，達(dá)到列車進(jìn)站和出站時(shí)能分別指示。在列車車廂外讓乘客非常直觀地、一目了然地了解車輛的終點(diǎn)站方向，從而方便乘客的上下車，提高了地鐵服務(wù)水平。在國(guó)外的地鐵列車上應(yīng)用已相當(dāng)普遍。 語(yǔ)音識(shí)別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實(shí)現(xiàn)廣播模擬信號(hào)發(fā)出的語(yǔ)音進(jìn)行車站名的自動(dòng)識(shí)別。不需要編程技術(shù)和修改文件等方法，全部采用硬件方法設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為5部分：（1）輸入控制部分；（2）噪音濾波部分；（3）語(yǔ)言識(shí)別部分；（4）執(zhí)行顯示部分；（5）錄音功能部分。（1）輸入控制部分： 通過麥克風(fēng)或（結(jié)合器）連接，如圖4所示，要求模擬語(yǔ)音輸入點(diǎn)的電壓必須控制在大約20mv左右，以確保后期語(yǔ)音識(shí)別的正確性。在輸入電路中增加了聲音控制部分的電路，即將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字方波信號(hào)，對(duì)語(yǔ)音輸入進(jìn)行開關(guān)量的控制，確保在T<0.9秒內(nèi)的正確輸入語(yǔ)音字長(zhǎng)。 （2）語(yǔ)音識(shí)別部分： 利用語(yǔ)音識(shí)別芯片HM2007和外接6264SRAM存儲(chǔ)器組成為主要部分，（HM2007中ROM已經(jīng)固化了語(yǔ)音語(yǔ)法技術(shù)）對(duì)語(yǔ)音的存儲(chǔ)及語(yǔ)音語(yǔ)法算法進(jìn)行控制。HM2007的詳細(xì)內(nèi)容見產(chǎn)品說(shuō)明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動(dòng)識(shí)別（阻擋）我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好的各個(gè)工況的語(yǔ)音情況，例如：司機(jī)的講話及車輛雜音等（在麥克風(fēng)的工況下），以確保輸入語(yǔ)音的可靠性、穩(wěn)定性，特采用UM3758串行編譯碼一體化進(jìn)行濾波電路。如圖5。（4）執(zhí)行顯示部分： 將車廂廣播喇叭的模擬信息通過語(yǔ)音識(shí)別器轉(zhuǎn)變成數(shù)字信息，最終經(jīng)過譯碼電路、4/16多路數(shù)據(jù)選擇器及RS485接口，去控制車廂內(nèi)車門上十個(gè)LED顯示面板，如圖6。（5）錄音功能部分： 在進(jìn)行廣播內(nèi)容更改時(shí)，本項(xiàng)目最大的特點(diǎn)是：不需要任何手段的手工軟件編程的修改，而是通過遠(yuǎn)程音頻電路控制技術(shù)進(jìn)行按動(dòng)相關(guān)按鈕，選擇地址然后自動(dòng)錄入內(nèi)容，如圖6。3. 結(jié)論 語(yǔ)音識(shí)別器及LED顯示面板的設(shè)計(jì)，能應(yīng)用到以前沒有LED顯示面功能的地鐵車輛上，與其他所設(shè)計(jì)的方式相比較，語(yǔ)音識(shí)別控制簡(jiǎn)單、可靠性好、安裝方便、相對(duì)投資最小和不改動(dòng)車廂內(nèi)任何電器為特點(diǎn)，僅提供110VDC電源和音頻輸入接口。 本項(xiàng)目的開發(fā)具有一定社會(huì)效益，得到國(guó)內(nèi)外乘客和殘疾人員的歡迎，提高了地鐵服務(wù)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1. HUALON MICRELECTRONICS CORPORATION TIWAN PRODUCT NUMBER: HM20072. 555集成電路實(shí)用大全 上海科技普及出版社3．①獲得“2003年上海市優(yōu)秀發(fā)明選拔賽三等獎(jiǎng)”4．①編入《中國(guó)科技發(fā)展精典文庫(kù)》第四輯5 ①編入《中國(guó)科技發(fā)展論壇》建設(shè)科技卷6．文章供有關(guān)人員參考和交流
