地鐵車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用1．概況 語音識別技術(shù)成為21世紀(jì)“數(shù)字時代”的重要開發(fā)領(lǐng)域，在計算機(jī)的多媒體技術(shù)應(yīng)用和工業(yè)自動化控制應(yīng)用等方面，成果令人屬目。語音識別技術(shù)是指用電子裝置來識別某些人的某些特征語音，語音識別的手段一般分為二大類，一類利用在計算機(jī)上開發(fā)語音識別系統(tǒng)，通過編程軟件達(dá)到對語音的識別，另一類采用專門的語音識別芯片來進(jìn)行簡單的語音識別。利用專門的語音識別芯片應(yīng)用在地鐵車輛上，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，并且語音識別器有較高的可靠性、穩(wěn)定性的特點，是簡單語音識別在自動控制應(yīng)用上的一種優(yōu)先方案。 目前上海地鐵一、二、三、五、六、八號線在車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計上缺少實用性和操作性，對乘客來講缺少在實時報站時的人性化。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)。如果在每個車門的上方安裝車站站名動態(tài)顯示地圖，實時顯示與車廂廣播同步的信息，以及在每節(jié)車廂外側(cè)顯示列車的終點站，良好的工業(yè)設(shè)計不僅能給廣大的乘客帶來非常大的幫助，而且能夠提升上海地鐵服務(wù)的形象。由于在設(shè)計以上地鐵列車時，受科技發(fā)展的限制?，F(xiàn)在上海地鐵4號線在車輛信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計上滿足了廣大的乘客的需求，增加了車站站名動態(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，首先考慮其實用性和性價比，同時安裝、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：對于應(yīng)用在某條線路上的聲音識別系統(tǒng)，不僅要修改原語音文件，而且聲音識別器不容易操縱， 
對使用者來講仍然存在比較多的問題。對于應(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)帶來了任務(wù)，每站需要手動操作二次，同時顯示的相關(guān)內(nèi)容沒有實時性，總之乘客信息顯示系統(tǒng)比較落后。 設(shè)計一種符合現(xiàn)代化要求的乘客信息顯示系統(tǒng)是非常必要。2．設(shè)計 地鐵車輛乘客信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計，采用CMOS語音識別大規(guī)模集成電路，識別響應(yīng)時間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結(jié)構(gòu)，如圖3。將語音識別需要的全部電路：CPU、A/D、ROM、語音的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，最多能識別40個車站站名語音（字長0.9秒），或（字長1.92秒）但識別僅20個車站站名語音。按正常人的講話速度，0.9秒一般每秒吐字1到3個為宜。 針對目前上海地鐵列車在車廂內(nèi)外無LED動態(tài)站名顯示而設(shè)計，通過將列車車廂廣播的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，自動控制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營線路為背景，達(dá)到列車進(jìn)站和出站時能分別指示。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。在國外的地鐵列車上應(yīng)用已相當(dāng)普遍。 語音識別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實現(xiàn)廣播模擬信號發(fā)出的語音進(jìn)行車站名的自動識別。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。整個系統(tǒng)分為5部分：（1）輸入控制部分；（2）噪音濾波部分；（3）語言識別部分；（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，要求模擬語音輸入點的電壓必須控制在大約20mv左右，以確保后期語音識別的正確性。在輸入電路中增加了聲音控制部分的電路，即將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字方波信號，對語音輸入進(jìn)行開關(guān)量的控制，確保在T<0.9秒內(nèi)的正確輸入語音字長。 （2）語音識別部分： 利用語音識別芯片HM2007和外接6264SRAM存儲器組成為主要部分，（HM2007中ROM已經(jīng)固化了語音語法技術(shù)）對語音的存儲及語音語法算法進(jìn)行控制。HM2007的詳細(xì)內(nèi)容見產(chǎn)品說明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動識別（阻擋）我們在設(shè)計階段設(shè)計好的各個工況的語音情況，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音識別器轉(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，本項目最大的特點是：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)行按動相關(guān)按鈕，選擇地址然后自動錄入內(nèi)容，如圖6。3. 結(jié)論 語音識別器及LED顯示面板的設(shè)計，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)計的方式相比較，語音識別控制簡單、可靠性好、安裝方便、相對投資最小和不改動車廂內(nèi)任何電器為特點，僅提供110VDC電源和音頻輸入接口。 本項目的開發(fā)具有一定社會效益，得到國內(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”4．①編入《中國科技發(fā)展精典文庫》第四輯5 ①編入《中國科技發(fā)展論壇》建設(shè)科技卷6．文章供有關(guān)人員參考和交流
對使用者來講仍然存在比較多的問題。對于應(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)帶來了任務(wù)，每站需要手動操作二次，同時顯示的相關(guān)內(nèi)容沒有實時性，總之乘客信息顯示系統(tǒng)比較落后。 設(shè)計一種符合現(xiàn)代化要求的乘客信息顯示系統(tǒng)是非常必要。2．設(shè)計 地鐵車輛乘客信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計，采用CMOS語音識別大規(guī)模集成電路，識別響應(yīng)時間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結(jié)構(gòu)，如圖3。將語音識別需要的全部電路：CPU、A/D、ROM、語音的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，最多能識別40個車站站名語音（字長0.9秒），或（字長1.92秒）但識別僅20個車站站名語音。按正常人的講話速度，0.9秒一般每秒吐字1到3個為宜。 針對目前上海地鐵列車在車廂內(nèi)外無LED動態(tài)站名顯示而設(shè)計，通過將列車車廂廣播的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，自動控制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營線路為背景，達(dá)到列車進(jìn)站和出站時能分別指示。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。在國外的地鐵列車上應(yīng)用已相當(dāng)普遍。 語音識別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實現(xiàn)廣播模擬信號發(fā)出的語音進(jìn)行車站名的自動識別。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。整個系統(tǒng)分為5部分：（1）輸入控制部分；（2）噪音濾波部分；（3）語言識別部分；（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，要求模擬語音輸入點的電壓必須控制在大約20mv左右，以確保后期語音識別的正確性。在輸入電路中增加了聲音控制部分的電路，即將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字方波信號，對語音輸入進(jìn)行開關(guān)量的控制，確保在T<0.9秒內(nèi)的正確輸入語音字長。 （2）語音識別部分： 利用語音識別芯片HM2007和外接6264SRAM存儲器組成為主要部分，（HM2007中ROM已經(jīng)固化了語音語法技術(shù)）對語音的存儲及語音語法算法進(jìn)行控制。HM2007的詳細(xì)內(nèi)容見產(chǎn)品說明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動識別（阻擋）我們在設(shè)計階段設(shè)計好的各個工況的語音情況，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音識別器轉(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，本項目最大的特點是：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)行按動相關(guān)按鈕，選擇地址然后自動錄入內(nèi)容，如圖6。3. 結(jié)論 語音識別器及LED顯示面板的設(shè)計，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)計的方式相比較，語音識別控制簡單、可靠性好、安裝方便、相對投資最小和不改動車廂內(nèi)任何電器為特點，僅提供110VDC電源和音頻輸入接口。 本項目的開發(fā)具有一定社會效益，得到國內(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”4．①編入《中國科技發(fā)展精典文庫》第四輯5 ①編入《中國科技發(fā)展論壇》建設(shè)科技卷6．文章供有關(guān)人員參考和交流