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　　摘要：水上VHF通信系统是全球通用的具有国际标准的通信方式，本文针对海事管理中航行信息发布需求来设计的一套基于嵌入式的VHF自动播发系统，本设计在类似非预制语音自动播放应用上具有一定的参考意义。
　　关键词：嵌入式；VHF；TTS；自动播发
　　VHF通信是保障长江航行安全必不可少的通信手段，因其具有统一的国际标准，主要应用于船与船、船与岸之间进行的船舶会让、遇险报警、海事救助等方面的通信联络，特别是由于其广播的性质，在岸台的水文气象、航行通告等信息的发布上起到了不可替代的作用。但在当前常用的需要定时播出的航行通告等信息的播发中，操作人员一般需要提前录制好语音文件或者操作TYS软件将文本转为语音文件，再将该文件上传给播发系统定时播出，该操作需要操作人员具备熟练的普通话能力和相关软件操作能力，实际应用中具有一定的难度。
　　本设计就是在需要通过VHF进行航行通告等信息播发的单位、站点设置一台基于嵌入式系统的播发主机与VHF船（岸台）机相连，操作人员通过内部网络使用浏览器访问该主机，在页面上提交播发任务和文本播发内容，该主机会按照任务列表进行自动播发。
　　1 系统设计方案
　　1.1 系统需求
　　要实现VHF自动播报系统，需要搭建一台主机系统与VHF船（岸）台机相连，实现以下功能：1.该主机能够将播报内容以音频的方式发送给VHF船（岸）台机，并控制其播发；2.该主机能存储并管理播发内容，实现定时按需播发；3.该主机能够接入内部网络中并实现远程访问，用户仅需提交文字版的播发内容并可以对其进行增、删、改等操作；4.该主机要能专用并小型化，系统工作稳定。
　　1.2 系统方案
　　根据系统需求，一台基于嵌入式系统的主机系统方案能满足需要，其系统架构如图1所示，采用安装了Linux系统的嵌入式平台作为控制主机，在该主机上搭建web服务器和数据库系统并设计播报软件。远程用户通过浏览器访问该控制主机，在管理页面上提交需要发布的航行信息（文本），播报系统会在预定的时间将该内容通过硬件TTS模块转换为语音信号输出至VHF船（岸）台机并向附近水域播发。
　　2 硬件选型
　　系统硬件架构如图2，由主机模块、电源模块和VHF模块组成。主要硬件设备选型如下：
　　2.1 控制主机
　　控制主机选用树莓派2代。树莓派是树莓派基金会发布的卡片式电脑，具有900MHz主频的4核ARM Cortex-A7 CPU、1G内存、10/100M以太网接口的主机系统，主板上载有40针的GPIO（General Purpose Input Output通用输入输出）接口，连接实现外部控制和串行通信功能。利用MicroSD卡作为存储，安装和运行基于Linux的Raspbian或Win10 IoT等操作系统。该主机完全性能可以满足本项目的主机硬件平台需求。
　　2.2 硬件TTS模块
　　硬件TTS模块选择宇音天下公司出品的最新一代SYN6658中文语音合成芯片模块。该语音芯片通过UART和上位机通信，直接接收待合成的文本数据，实现文本到语音（TYS，TextTo Speech）的转换功能。该模块支持任意中文文本（<4K字节）的合成，智能识别区分数值、时间、度量衡、姓氏、多音字等各式文本，内置多种提示音可选，并能实现男女声、语速、语调、音量调整。该模块接线简单，仅需连接供电、UART输入，提供一路单声道语音输出，该模块控制简单、功能强大，输出语音柔和自然。
　　2.3 VHF船台机
　　VHF船台机选用建伍（KENWOOD）公司的TM-271A型VHF调频对讲机，该型VHF调频对讲机可以调整为水上专用VHF频道。选用该型VHF船台机的主要原因是该机型麦克风接口使用的是标准的RJ45接头，接线标准明晰，后期改装简单。接线线序如图3所示，6针为麦克风输入、5针为麦克风地，将两针与TTS模块的语音输出直接连接实现语音的输入；4针为PTT（PushToTalk）脚、3针为地，将4/3针导通实现麦克风手柄的PIT按钮按下功能，其他接线脚悬空不用处理。
　　2.4 其他模块
　　电源模块直接利用VHF专用的13.6V直流电源给建伍VHF船台机供电；树莓派电源使用LM2596S直流可调降压模块，该模块输入3-40V、输出1.5-35V（3A）可调，使用时接入VHF电源，输出调整为5V即可。
　　PIT控制使用1路继电器模块，该模块驱动电压为5V，采用光耦隔离，低电平触发。常开端与VHF接口第4/3针PTY/GND相连，通过触发实现PTT按下功能。
　　由于树莓派没有实时时钟，断电之后时间会归零。可以使用外接基于DS3231芯片的实时时钟模块在树莓派启动时进行校时以保证运行时间准确。也可以在系统启动之后连接内网的NTP服务器实现授时及校时功能。
　　3 软件设计
　　系统软件的总体设计思路是基于任务表驱动系统运行。播报系统每分钟读取一次数据库中的任务表，任务表中任务时间以分钟为单位，将表中的任务时间与系统时间相比对，如果时间相符则播出该条播报信息，播放完成后将播放内容保存至已播放表。系统运行流程图如图4所示：
　　要实现系统设计目标，需要完成以下系统及软件的设计：