XFS4041CN及其在气象预警信息接收机中的应用

　　摘要：为了有效减少以气象因素为主诱发的地质灾害损失，该文在简要介绍中文语音合成芯片XFS4041CN的工作原理基础上，以STM32F103VB为主控芯片，详细论述了气象预警信息接收机的硬件构成及软件设计思想。对于终端软件的升级，采用远程固件升级。应用结果表明，有效改进和提高了对气象灾害预报、警报水平，最大程度减轻气象灾害造成的损失，确保人民群众生命财产安全。
　　关键词：中文语音合成芯片；STM32F103VB；气象预警信息接收机；固件升级
　　中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1009-(转载自：www.BdfQy.Com 千 叶帆 文摘:XFS4041CN及其在气象预警信息接收机中的应用)3044(2011)08-1929-04
　　Application of Climate Disaster Alarming Information Receiver Based on XFS4041CN
　　NAN Yi-ming1, ZHANG Wu-jie2
　　(1.Department of Correspondence, Guangzhou Civil Aviation College, Guangzhou 510403, China; 2.College ofAutomation Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
　　Abstract: For reduce geological hazards loss mainly by meteorological factors, on the basis of introducing the work principle of Chinese speech synthesis chip XFS4041CN, STM32F103VB as Master Control Unit, hardware structure and software design of climate disaster alarming information receiver was discussed in detail. According to the requirements of firmware upgrade , the remote software update is adopted.Application of receiver shows effectively improve and increase the level of geological hazards forecast-warning, reduce the expense caused by geological hazards as much as possible, ensure the safety of life and property.
　　Keywords: Chinese speech synthesis chip; STM32F103VB; climate disaster alarming information receiver; firmware upgrade
　　随着全球气候持续变暖，各类异常天气将不断增多，重大气象灾害频繁发生，气象灾害成为制约社会经济发展的重要因素之一[1]。防御气象灾害关系到各行各业和千家万户，加强气象灾害防御工作，提高全社会防御气象灾害的能力和水平，对防止和减轻灾害损失，保障人民群众生命财产安全，促进社会经济可持续发展，具有十分重要的意义和作用。
　　气象预警预报信息发布平台面向各地区气象局，以减轻基层人员的人工劳动强度、提高气象预报速度、增强服务能力为出发点，以CDMA网络为媒介，利用广大农村、学校、社区等现有的扬声系统设备(即功放和喇叭)，通过短信和语音的形式将信息在第一时间及时准确地向社会播报出去[2]。
　　气象预警预报信息发布平台由气象预警信息接收机和气象预警信息管理机两部分组成。在接收机采用STM32F103VB作为主控芯片，中文语音合成芯片XFS4041CN把文本合成为语音输出。
　　1 气象预警信息接收机简介
　　如图1所示，STM32F103VB控制器根据EM200 CDMA模块从串口发送的指令完成不同的操作，如要播放语音信息，则控制器通过另外一个串口向中文语音合成芯片XFS4041CN发送播放信息的指令，中文语音合成芯片XFS4041CN完成后通过音频功放驱动扬声器完成语音输出。
　　2 中文语音合成芯片XFS4041CN 的工作原理
　　XFS4041CN 是合肥讯飞数码科技有限公司推出的一款高性能的中文语音合成芯片。芯片可以通过UART 接口或SPI 接口接收待合成的文本，把文本合成为语音输出。芯片接口简单、功能丰富，主要面向中高端应用领域。XFS4041CN 语音合成芯片的产品形式是由双芯片构成的套片，两个芯片分别命名为XFS4041A 和XFS4041B，本文中提到的XFS4041CN 统指XFS4041A 和XFS4041B 的组合。主要应用在车载GPS调度终端、信息机、气象预警机、智能玩具、公交车语音报站器、自动售货机等领域。
　　主控制器和XFS4041CN 芯片之间通过UART 接口或者SPI 接口连接，控制器可通过通讯接口向XFS4041CN芯片发送控制命令和文本，XFS4041CN芯片接收到文本后合成为语音信号输出，输出的信号经功率放大器进行放大后连接到喇叭进行播放。
　　另外，有添加提示音需求的用户，可以使用XFS4041CN 上的SPI flash 接口扩展一片SPI flash,在SPI flash 中存放按照指定格式打包的提示音文件，并对每个文件进行命名，就可以和XFS4041CN 芯片内部集成的提示音一样方便地进行调用。
　　基于XFS4041CN构成的气象预警信息接收机的硬件实现
　　2.1 电源模块电路
　　XFS4041CN 的工作电压包括两种：3.3V和1.8V，下面以5V外部电源作为输入得到两种工作电压的电路。图3为电源转换模块。
　　2.2 晶振电路
　　图4为晶振电路模块。
　　2.3 复位电路
　　XFS4041CN 芯片的复位条件是： RESET 引脚置低电平，时间持续2ms 以上。可以通过CAT811 复位芯片对XFS4041CN 进行复位，CAT811 的/MR 可悬空。若需要用单片机控制/MR，可以将单片机的输出口与/MR 相连。CAT811 在上电后或/MR 低电平后会持续保持低电平约140ms。图5为复位电路。
　　2.4 音频功放电路
　　音频功放采用芯片TPA3123D2，TPA3123D2 的工作电压范围10V~30V，最大输出功率为25W。图6为TPA3123D2 电路。
　　2.5 UART 通讯电路
　　XFS4041CN 芯片支持UART 接口和SPI 接口两种通讯方式，可通过UART 接口或SPI 接口接收上位机发送的命令和数据，允许发送数据的最大长度为4k 字节。
　　图7为XFS4041CN芯片UART接口的连接示意图。
　　通讯传输字节格式
　　图8 UART接口通讯传输字节格式
　　1）通讯标准：UART
　　2）波特率：4800 bps、9600 bps、57600 bps、115200 bps