智能語音IC卡燃氣表的開發(fā)

摘 要

摘要：智能語音IC卡燃氣表是在傳統IC卡燃氣表的基礎上，通過增加智能語音芯片來實現燃氣表對用戶操作全過程的語音提示，進行燃氣表多種狀態(tài)提示，使用戶了解燃氣表的運行狀態(tài)，減少操
摘要：智能語音IC卡燃氣表是在傳統IC卡燃氣表的基礎上，通過增加智能語音芯片來實現燃氣表對用戶操作全過程的語音提示，進行燃氣表多種狀態(tài)提示，使用戶了解燃氣表的運行狀態(tài)，減少操作的盲目性，從而減少報修量，降低燃氣公司的運營成本。介紹了智能語音IC卡燃氣表的功能特點、工作原理、成本、能耗及可靠性。
關鍵詞：智能語音燃氣表；語音芯片；功能；成本；能耗；可靠性
Development of Intelligent Voice IC Gas Meter
YAO Jin-long，YANG Xiao-guang，YANG Zheng
Abstract：Based on the conventional IC gas meter，by adding the intelligent voice chip，the intelligent voice IC gas meter can give the voice prompt for the user during the whole manipulating and provide the voice prompt about many status of gas meter，which can make the users to know the current running status of gas meter and reduce incorrect manipulatin9，thus reducing the maintenance work and the operation cost of gas company.The function characteristics，working principle，fabrication cost，energy consumption and reliability of the intelligent voice IC gas meter are introduced.
Key words：intelligent voice gas meter；voice chip；function；fabrication cost；energy consumption；reliability
    當前，數碼語音技術已經發(fā)展成為一種時尚化、智能化、人性化的技術，應用在工業(yè)、交通、軍事、安全保衛(wèi)、教育、娛樂、體育、通信、廣告、旅游、休閑等各個領域。如果廚房里的燃氣表能實現“自己開口說話”，就會使產品更加人性化、智能化。
1 概述
    智能語音IC卡燃氣表是在傳統家用IC卡膜式燃氣表的基礎上，通過增加智能語音芯片來實現對用戶操作全過程的語音提示，從而指導用戶完成購氣、輸氣、換電池等常規(guī)操作，并對不正確的操作給予提示。這樣，既方便了用戶對燃氣表的使用，又減少了由于用戶不了解燃氣表報警功能及使用方法，誤認為燃氣表損壞而產生的報修量。據市場調查，目前尚無其他IC卡燃氣表廠家生產的燃氣表具有語音提示功能，如能率先研制出智能語音IC卡燃氣表，必然有很強的市場競爭力。
2 功能特點
    燃氣公司的客服人員經常聽到群眾說：我家燃氣表為什么總過一會“嘀”一聲呢(氣量不足報警)？我家的燃氣表不過氣了，還老“嘀、嘀”地叫，是怎么回事(電池電量低報警)？我家表怎么輸不進氣(卡插反或插錯卡)？IC卡插卡時該朝哪面插呀？我插卡輸氣后，什么時候能拔卡呀？我明明出門時剛插過卡，怎么說我沒插卡呢(用戶購氣前需向燃氣表內正確插卡后再購氣)？這些問題不僅困擾著燃氣用戶，而且給燃氣公司增加很多工作量。盡管燃氣公司對IC卡燃氣表功能及使用方法進行了大量的宣傳，而且用戶手中均持有使用說明書，但燃氣用戶文化水平不一，很多人根本不去看說明書，對IC卡燃氣表的“嘀”聲報警提示不理解，對插卡方向不清楚，對插卡是否成功不清楚，從而造成用戶的誤操作及用戶的誤報修。不但給燃氣公司增加了運營成本，而且容易使用戶對燃氣公司產生不滿，損害燃氣公司在用戶中的形象。有了智能語音燃氣表，以上問題就可迎刃而解了。以下介紹智能語音燃氣表的語音提示報警功能。
   ① 安裝電池提示
   如果用戶將電池正確裝入燃氣表中，語音提示“系統啟動中”，表示用戶已經正確裝入電池；否則，沒有語音提示，用戶便可知道電池安裝不正確。
   ② 閥門狀態(tài)提示
   燃氣表正常啟動時如果表內有剩余氣量，系統提示“閥門打開”，同時閥門開啟，用戶可正常用氣；如表內沒有氣量，系統提示“氣量用盡，清輸氣”，此時閥門關閉，不能用氣。這樣用戶可以了解燃氣表閥門的開關狀態(tài)，從而提示用戶是否該購氣。
   ③ 插卡提示
   用戶在插卡過程中，如果因將IC卡插反或插不到位等造成系統未能正確讀卡，則燃氣表會提示用戶“插卡錯誤”，及時糾正插卡方式，實現正確插書。如果用戶所插的IC卡通過系統驗證[1]，那么當系統對IC卡讀寫操作完成后，系統提示“插卡正確，請拔卡”，表示插卡操作正確，同時提示用戶拔卡，避免用戶誤操作。
   ④ 強磁干擾提示
   燃氣表使用過程中如果遇到強磁干擾，則閥門立即自動關閉，并提示“外界干擾”。干擾消除后系統提示“干擾消除，請插卡開閥”，則用戶任意插卡后(正插卡、反插卡均可)，閥門打開，用戶可以正常用氣。
   ⑤ 氣量不足提示
   當燃氣表內剩余氣量小于報警限值時(居民用戶一般為2m3，工業(yè)用戶一般為100m3)，燃氣表每走1個計數周期，系統提示“氣量不足，請輸氣”，提醒用戶及時購氣，以免造成用戶在用氣過程中氣量用盡關閥。
   ⑥ 氣量用盡報警
   如用戶沒有及時購氣，燃氣表內氣量用盡時，燃氣表將閥門關閉，并提示“氣量用盡，請輸氣”，提示用戶停氣的原因，并且用戶每插卡1次(正插卡、反插號均可)，系統重復報1次。如果用戶所插卡內氣量為0時，系統提示“卡內氣量用盡，請購氣”，從而提示用戶購氣。
   ⑦ 電量不足提示
   當燃氣表內電池電量不足時，系統提示“電量不足，請換電池”，提醒用戶更換電池，避免用戶因不明白以往非語音燃氣表為什么一直發(fā)“嘀”聲而報修，或因不清楚不能用氣是因為電池沒電關閥而報修。
   ⑧ 剩余氣量提示
   當用戶按下燃氣表上的報氣量專用按鈕時，系統提示“表內剩余氣量為……方”，這樣用戶就不必去看燃氣表液晶顯示數字，從語音提示便可得知燃氣表內還有多少剩余氣量，大概還能用多長時間，從而確定購氣時間。
3 工作原理及可靠性
    智能語音燃氣表除具有人性化、智能化的特點外，其結構簡單、低功耗及低成本的特點使其更具優(yōu)勢。
3.1 工作原理
智能語音燃氣表結構簡單，開發(fā)升級周期短。從硬件方面來說，只要在傳統的IC卡燃氣表中加入語音芯片，便可驅動小型揚聲器實現發(fā)聲；從軟件方面來說，只需在原有控制程序上增加百余條指令，并增加相應的檢測位即可實現語音功能。語音芯片的控制方式一般有按鍵、并行和串行控制3種。由于按鍵控制不適用于自動控制，并行控制占用微程序控制器(英文簡稱“MCU”)資源較多，故推薦采用串行控制方式。根據語音芯片型號的不同，采用串行控制方式僅占用3～5個MCU的I/0口，即可實現對語音芯片逾100段發(fā)聲內容的控制。典型串行控制電路見圖1。
 

    智能語音燃氣表控制電路主要由電源管理電路、采樣電路、液晶顯示電路、數據存儲電路、IC卡控制電路、閥門控制電路及報警電路組成MCU的外圍電路組成，這些電路由MCU進行統一管理，協調各部分電路的工作。語音燃氣表就是將原報警電路部分去掉，用現報警電路替代，以實現語音報警功能。
3.2 成本
    在智能語音燃氣表開發(fā)階段和小批量試制階段可使用帶閃速存儲器的語音芯片，開發(fā)人員可以多次修改語音芯片的語音提示內容，加上揚聲器的成本，比普通IC卡燃氣表成本增加約20元/只。如果批量生產，則可使用掩模語音芯片，產品電路結構、性能、音質完全不變，而成本只有閃速存儲器語音芯片成本的25%左右。
3.3 能耗
    智能語音燃氣表語音一卷片在不發(fā)聲的情況下工作電流僅為1μA，幾乎可以忽略不計。雖然發(fā)聲時電流約50mA，但由于在燃氣表正常用氣期間，不需發(fā)聲，一直保持無聲的低功耗運行狀態(tài)，只有在出現故障、電量不足、氣量不足或插卡輸氣等操作時才發(fā)聲，因此，增加語音系統在燃氣表整個使用壽命中，所消耗的電量很少。
3.4 可靠性
    經對智能語音燃氣表數萬次發(fā)聲測試，其各項功能正常，發(fā)音內容準確無誤，說明語音系統具有較高的可靠性。由于語音芯片是IC卡燃氣表的輔助裝置，一旦語音芯片出現故障，必須確保不會影響燃氣表其他功能的正常使用。語音燃氣表對語音芯片采用查詢控制方式，一旦語音芯片出現故障，MCU即對其不予理睬，不會影響其他程序的正常運行。此外，對發(fā)聲系統采取獨立供電方式及在信號傳輸上進行I/0口的硬件隔離，保證了在語音系統出現故障時，不會影響燃氣表主控制電路的正常工作。經對語音芯片的若干破壞性實驗，驗證了設計思路的正確性。
4 結語
    智能語音IC卡燃氣表無論在性能、成本、能耗及可靠性方面都已經滿足了實際使用的需求。雖然在成本方面普通IC卡燃氣表比智能語音IC卡燃氣表要低一些，但比較兩者的性能，后者則具有更強的產品競爭力。目前新奧燃氣設備有限公司研制的這種智能語音燃氣表已達到批量生產的水平，相信未來必將替代普通的IC卡燃氣表，進入千家萬戶。
參考文獻：
[1] 王有緒，許杰，李拉成.PIC系列單片機接口技術及應用系統設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.
 
(本文作者：姚金龍 楊小光 楊錚 新奧燃氣設備有限公司 河北廊坊 065001)