地鐵車輛信息顯示系統的設計和應用1．概況 語音識別技術成為21世紀“數字時代”的重要開發領域，在計算機的多媒體技術應用和工業自動化控制應用等方面，成果令人屬目。語音識別技術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，一類利用在計算機上開發語音識別系統，通過編程軟件達到對語音的識別，另一類采用專門的語音識別芯片來進行簡單的語音識別。利用專門的語音識別芯片應用在地鐵車輛上，具有結構簡單、使用方便，并且語音識別器有較高的可靠性、穩定性的特點，是簡單語音識別在自動控制應用上的一種優先方案。 目前上海地鐵一、二、三、五、六、八號線在車輛信息顯示系統的設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：地鐵車廂內的乘客信息顯示系統和車廂外側的列車信息顯示系統。如果在每個車門的上方安裝車站站名動態顯示地圖，實時顯示與車廂廣播同步的信息，以及在每節車廂外側顯示列車的終點站，良好的工業設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的形象。由于在設計以上地鐵列車時，受科技發展的限制。現在上海地鐵4號線在車輛信息顯示系統的設計上滿足了廣大的乘客的需求，增加了車站站名動態顯示地圖。如何在現有的地鐵車輛上增加地鐵車廂內的乘客信息顯示系統和車廂外側的列車信息顯示系統，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的應用，設計方案的選擇極其重要，目前的乘客信息顯示系統比較復雜，例如：對于應用在某條線路上的聲音識別系統，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。對于應用在某條線路上數字傳輸顯示系統，其操作方法不僅給司機帶來了任務，每站需要手動操作二次，同時顯示的相關內容沒有實時性，總之乘客信息顯示系統比較落后。 設計一種符合現代化要求的乘客信息顯示系統是非常必要。2．設計 地鐵車輛乘客信息顯示系統的設計，采用CMOS語音識別大規模集成電路，識別響應時間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結構，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，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外無LED動態站名顯示而設計，通過將列車車廂廣播的模擬信號轉換成數字信號，自動控制LED發光二極管，在列車在車廂內使得廣播的內容（每個車站站名）與發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，達到列車進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，提高了地鐵服務水平。在國外的地鐵列車上應用已相當普遍。 語音識別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實現廣播模擬信號發出的語音進行車站名的自動識別。不需要編程技術和修改文件等方法，全部采用硬件方法設計。整個系統分為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）執行顯示部分；（5）錄音功能部分。（1）輸入控制部分： 通過麥克風或（結合器）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，即將模擬信號轉變成數字方波信號，對語音輸入進行開關量的控制，確保在T<0.9秒內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已經固化了語音語法技術）對語音的存儲及語音語法算法進行控制。HM2007的詳細內容見產品說明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動識別（阻擋）我們在設計階段設計好的各個工況的語音情況，例如：司機的講話及車輛雜音等（在麥克風的工況下），以確保輸入語音的可靠性、穩定性，特采用UM3758串行編譯碼一體化進行濾波電路。如圖5。（4）執行顯示部分： 將車廂廣播喇叭的模擬信息通過語音識別器轉變成數字信息，最終經過譯碼電路、4/16多路數據選擇器及RS485接口，去控制車廂內車門上十個LED顯示面板，如圖6。（5）錄音功能部分： 在進行廣播內容更改時，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，而是通過遠程音頻電路控制技術進行按動相關按鈕，選擇地址然后自動錄入內容，如圖6。3. 結論 語音識別器及LED顯示面板的設計，能應用到以前沒有LED顯示面功能的地鐵車輛上，與其他所設計的方式相比較，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。 本項目的開發具有一定社會效益，得到國內外乘客和殘疾人員的歡迎，提高了地鐵服務質量。參考文獻：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年上海市優秀發明選拔賽三等獎”4．①編入《中國科技發展精典文庫》第四輯5 ①編入《中國科技發展論壇》建設科技卷6．文章供有關人員參考和交流
對使用者來講仍然存在比較多的問題。對于應用在某條線路上數字傳輸顯示系統，其操作方法不僅給司機帶來了任務，每站需要手動操作二次，同時顯示的相關內容沒有實時性，總之乘客信息顯示系統比較落后。 設計一種符合現代化要求的乘客信息顯示系統是非常必要。2．設計 地鐵車輛乘客信息顯示系統的設計，采用CMOS語音識別大規模集成電路，識別響應時間小于300 ms。HM2007芯片采用單片結構，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，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外無LED動態站名顯示而設計，通過將列車車廂廣播的模擬信號轉換成數字信號，自動控制LED發光二極管，在列車在車廂內使得廣播的內容（每個車站站名）與發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，達到列車進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，提高了地鐵服務水平。在國外的地鐵列車上應用已相當普遍。 語音識別顯示器①的輸入端與車載廣播功放器相連接，實現廣播模擬信號發出的語音進行車站名的自動識別。不需要編程技術和修改文件等方法，全部采用硬件方法設計。整個系統分為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）執行顯示部分；（5）錄音功能部分。（1）輸入控制部分： 通過麥克風或（結合器）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，即將模擬信號轉變成數字方波信號，對語音輸入進行開關量的控制，確保在T<0.9秒內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已經固化了語音語法技術）對語音的存儲及語音語法算法進行控制。HM2007的詳細內容見產品說明書。（3）噪音濾波部分： 濾波功能是自動識別（阻擋）我們在設計階段設計好的各個工況的語音情況，例如：司機的講話及車輛雜音等（在麥克風的工況下），以確保輸入語音的可靠性、穩定性，特采用UM3758串行編譯碼一體化進行濾波電路。如圖5。（4）執行顯示部分： 將車廂廣播喇叭的模擬信息通過語音識別器轉變成數字信息，最終經過譯碼電路、4/16多路數據選擇器及RS485接口，去控制車廂內車門上十個LED顯示面板，如圖6。（5）錄音功能部分： 在進行廣播內容更改時，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，而是通過遠程音頻電路控制技術進行按動相關按鈕，選擇地址然后自動錄入內容，如圖6。3. 結論 語音識別器及LED顯示面板的設計，能應用到以前沒有LED顯示面功能的地鐵車輛上，與其他所設計的方式相比較，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。 本項目的開發具有一定社會效益，得到國內外乘客和殘疾人員的歡迎，提高了地鐵服務質量。參考文獻：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年上海市優秀發明選拔賽三等獎”4．①編入《中國科技發展精典文庫》第四輯5 ①編入《中國科技發展論壇》建設科技卷6．文章供有關人員參考和交流
