升降机自动平层控制中的语音报站研究

1、专题研究综合篇升降机自动平层控制中的语音报站研究沈刚，黄其涛，吕广明，孟强，韩俊伟（哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨1505001）针对升降机平层控制器的语音录放系统进行分析并结合已经研制的升降机平层控制器的软硬件设计，提出了把ISD4004语音芯片应用于升降机平层控制器进行录放音的方案，从而使该平层控制系统的功能更加完善。施工升降机；平层控制器；ISD4004语音芯片以建筑卷扬机和施工升降机为代表的垂直升降机，在建筑施工中扮演重要角色。它们和普通电梯类似，也需要在各层进行平层就位。普通电梯采用的在各层布置检测开关的解决方案，效果理想，但太复杂，成本太高。尤其对建筑卷扬机和施工升降机来

2、说，在整个施工过程中，建筑物层高层数均在变化，电梯控制系统无法适应这种隔几天就要调整一次的状况。目前施工升降机自动化控制水平较低，没有楼层的呼叫及显示，没有自动选层。基于此，我们研制出了一种基于单片机的升降机自动平层控制器。利用数码管显示当前楼层和目标楼层，利用键盘输入想要到达的楼层，经过现场调试平层精度很好，另外设计了一种语音系统，利用研制成的平层控制器的键盘即各楼层来报站，利用原有的数码管显示楼层，这样这种基于单片机控制的升降机自动平层控制器既有了显示楼层功能也具有了语音报站功能。本文介绍采用美国ISD公司的ISD系列语音芯片结合已经研制成功的升降机平层控制器来解决这一实际问题。ISD系列

3、芯片采用直接模拟存储专利技术（DAST），把语音信号以模拟形式直接存储在片内存储器中，无需A/D转化和压缩，从而减少了语音失真，并且可以反复录放，非常适合建筑施工现场进行录放音。1升降机平层控制器设计原理及功能1.1平层控制器的设计原理升降机专用平层控制器用于垂直提升机械的平层就位，如为平层控制器总体示意图，I综合篇专题研究为总体结构图。其主要控制流程为：通过位置检测装置（其上安装有旋转编码器）将表征吊笼上升高度的卷扬机钢丝绳的直线位移转换成脉冲量，以单片机为主控器，通过计数器口将旋转编码器产生的脉冲信号接入单片机系统；由单片机计算处理并将其存入到数据存储区中以完成高度标定操作；在进行起升操作

4、时同样根据计数器得到的脉冲数与相应楼层的脉冲数进行比对，以确定电机的起停。单片机端口信号驱动由具有光电隔离的固态继电器完成，固态继电器控制交流接触以达到驱动卷扬机电机的目的。系统通过键盘模块和显示模块完成人机交互和输入输出。1.2平层控制器功能选层与平层功能不论吊笼停在什么位置，操作人员只要按下想去楼层数，吊笼就开始运行，到达目标楼层时，电机自动停止，此时数码管显示当前到达的楼层并伴随语音提示。楼层显示功能不论吊笼是处在运行状态，还是停机状态，数码管能显示出吊笼的运行状态及当前所处的楼层。语音功能当吊笼到达目标楼层时，语音系统自动提示操作人员目标楼层已经到达。零位校正功能将最底层作为基准楼层，

5、安装有行程开关，其余各层将以此层作而设定，如运行一段时间后，各层停层的位置出现误差，只需重新校正零位，便可确保吊笼在其他楼层的平层。手动/自动转换功能当主控系统出现故障时或者需要点动时，可转换到手动，此时升降机能复位功能当平层控制器主系统受到严重干扰或误操作处于瘫痪状态时，此时可按下复位键，系统复位就可以处于运行状态了。ISD4004系列语音芯片工作电压3V，弹片录放时间816min，音质好。芯片采用CMOS技术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮阵列。芯片设计是基于所有操作必须由微控制器控制。操作命令通过串行通信接口（SPI或Micro wire

6、）送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值存贮在片内闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，对于建筑施工现场很适用。3硬件设计随着建筑物越来越高，已经研制的升降机平层控制器可控制1m，所以录放音的段数至少几十句话。因此，ISD器件采用录音时间为8min、2400段的4004-8，以单片机AT89S51为微控器，外接数码管显示、楼层按键和录放控制键盘，外部存储器EEPR0M与升降机平层控制器的主控系统中的EEPR0M共用，但区间划分隔开，米用AT28C64.在EEPR0M语音存储区间内用于保存各语音段首地址和总语音段数。由于建筑施工现场噪声很大，语音的输出端

7、必须经放大输出后驱动扬声器，设计过程中采用了音频功率放大器（TDA1518BQ），输入端采用三极管放大电路，具体电路图如所示。照常工作。图；语音芯片ISD4004外围电路专题研究综合篇为了使语音芯片与主控系统相融合，ISD4004与89S51接口部分为SPI串行接口，ISD4004与MCU需要连接以下几个端口：片选SS、串行数据输入MOSI、串行数据输出MISO、串行时钟SCLK.如图所示分别连接P1.0、P1.1、P1.2、P1.3.而P1.5、P1.6是MCU经过主程序运行后输出的信号用来控制电机的上升和下降。其中P3.1/TXD、P1.4和P3.3/INT1分另l接BC7281A的KEY

8、、DAT和CLK进行串行通信（具体接线可参见相关官方网站）。P3.4/TO、P 3.5/T1分别接传感器的输入信号。BC7281A是Bit-Code公司的8位/16位LED数码管显示及键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等）最多可以控制16位数码管显示或128只独立的LED，BC7281A的驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种外部电路配合。适用于任何尺寸的数码管，满足单片机进行大量外扩的需要。4软件流程升降机平层控制器的软件主要由两部分组成：利用单片机AT89S51与BC7281A之间的串行通讯完成准确平层和显示功能；利用单片机AT8

9、9S51与ISD4004之间的通讯来完成语音的录放功能。本文针对第二部分进行讨论，利用C51进行编程并给出了相应的程序流程图。主程序主要完成对其他各模块相应子函数的调用，完成系统的起动、停止、计数器初始化、系统复位等功能。主程序开始后先进行一定的延时，以确保接口芯片BC7281及语音芯片ISD4004完成上电复位。主程序流程图如。ISD4004工作在SPI模式，为了能与已经研制成功的升降机平层控制器的硬件设计统一，所有操作由AT89S51控制。ISD4004只有地址输入线，分段录音时，内部各语音段地址无法直接读出，在施工现场不能实现现场重复录放音。利用ISD4004内部的RAC行地址信号触发单片机的定时中断来计算各语音段长度，并用AT28C64（EEPROM）存储各段首地址。由于EEPR0M在升降机平层控制器主系统中用到了0XD000这些存储空间，在存储各段语音首地址时，我们设计存储空间从0XA000开始。5结论本文通过对ISD4004语音芯片在升降机平层控制器中的应用介绍，把ISD4004语音芯片和升降机平层控制器的主系统相结合并给出了硬件设计电路和核心程序软件流程图。李万莉，徐宝富。基于单片机的垂直提升机械平层控制器。机电一体化，2004，（3）：76-77.张树生，曾一强，程林，等。基于单片机