基于ZigBee 的旅游景点智能讲解器的设计与实现

赵 丽 山东英才学院计算机学院 250104

【文章摘要】

本文的旅游景点智能讲解器以AT89C51SND1C 微处理器为核心，结合数据存储和语音编解码技术，并创新性地把ZigBee 无线定位原理引入到智能导游系统中。很好地解决了现有讲解器高成本和低可靠性的问题，更好地满足了当前旅游业发展的需要，达到了预期的效果。

【关键词】

ZigBee ；智能讲解器；无线定位；旅游

0 引言

本文根据目前旅游业的发展现状，结合当前电子导游系统的特点与不足，考虑到游客的需求，设计和开发了基于ZigBee技术的旅游景点智能讲解器。讲解器系统注入ZigBee 无线通信技术和语音编结码技术理念，将专业的导游内容融入其中，使游客在旅游过程中可以随时、随地、随意的享受专业清晰的景点解说；并且结合ZigBee 无线定位网络实现了危险区域的告警提示和遇难人员的求救功能。

1 总体设计

1.1 系统概述

旅游景点管理系统是分布在整个景区内的复杂系统，景区大小不同，系统内节点数目不同，系统复杂程度也不一样。每个系统都是由主控中心、不同数量的固定节点和讲解器三大部分组成的.

1.2 ZigBee 技术及其特点

ZigBee 是一种介于射频识别技术和蓝牙之间的技术提案，是基于IEEE802.15.4 协议的一种高可靠的无线数据传输网络。监控系统中各个网络节点数据吞吐率不大，同时ZigBee 技术具有的自动组网和动态路由功能正符合本系统的应用要求。

2 现场设备监控器的设计

2.1 总体设计

智能讲解器主要由微控制器（MCU）、ZigBee 无线模块、超声波、FLASH 数据存储器、DA 转换、滤波和功率放大、USB接口、电源管理、显示和键盘等部分组成。各部分的功能简要概括如下：

（1）微控制器（MCU）：智能讲解器的控制中心，协调各组成部分的运行，管理语音文件，控制ZigBee 无线模块和超声波，实现语音数据的解码、控制语音播放等。

（2）ZigBee 无线模块：讲解器中的无线模块和固定节点中的无线模块共同组成ZigBee 无线网络，主要用于游客定位和接入电子导游无线网络。游客遇险的特殊情况下可以向主控中心发送求救信息。

（3）超声波：辅助定位，与ZigBee 无线定位结合实现准确定位。（4）数据存储器（NAND FLASH）：存储不同景点不同语言的解说语音文件以及危险提示信息等。

（5）DA 转换、滤波和功率放大：用于实现数字语音信号转换和功率放大，驱动扬声器或耳机播放景点解说词。

（6）USB 接口：主要用于智能讲解器软件升级、语音文件下载和电源充电等。

（7）电源管理：管理电源充电和过充保护。

（8）显示和键盘：方便游客现场操作，控制播放选项；必要时则显示危险警示信息，还可通过按键发出求救信息。

（9）危险告警：连接指示灯和蜂鸣器两种终端，向游客提供危险警示信号。

2.2 硬件设计

2.2.1 微处理器（MCU）简介

AT89C51SND1C 芯片包括MP3 音频解码器、音频输出接口、USB 接口、外插闪存卡接口、IDE ／ ATAH 接口、串行外设接口、双线控制器、A ／ D 控制器等8个功能模块。

2.2.2 音频数模转换电路设计

智能讲解器的音频数模转换选用CIRRUS LOGIC 公司的CS4330[5]。该芯片可工作在+3V 或+5V 电压下，具有94dB 的动态范围，18-Bit 的解析度，支持2KHz 到 50KHz 的音频抽样率，并且内建数字去加重电路；在+3V 电压环境下，其自身功耗仅 60mW，成本低廉，是适合于便携式CD 机、PDA 等的入门级音频DAC。

2.2.3 ZigBee 网络

在系统中，ZigBee 网络拓扑形式为网状网。另外由于景区电磁环境、自然环境复杂，对信号干扰和衰减比较严重，必须采取抗干扰信号增强措施：

（1）在网络中适当添加远距离传输的ZigBee 节点以减少路由级数；

（2）采取冗余备份措施，全部布设全功能的ZigBee 节点，以增加系统的稳健性。

2.3 ZigBee 无线定位的实现

利用RSSI 技术可以进行ZigBee 网络节点的测距和定位。RSST 技术即Received Signal Strength Indication，接收的信号强度指示，是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位计算的一种定位技术。在无线信号的传输过程中，因为受到很多环境因素的干扰，信号强度会逐渐减弱。根据电磁场和电磁波传播理论，建立信号衰减模型，以此通过信号强度来计算距离。在求取信号衰减模型中采用最小二乘法，这样可以保证算法具有较高的精度。

【参考文献】

[1] 穆乃刚.ZigBee 技术简介[J]. 无线电技术与信息2006(05):84

[2] 章坚武, 张璐等. 基于ZigBee 的RSSI 测距研究[J]. 传感技术学报，2009，22（2）：285-288

[3] 赵昭, 陈小惠. 线传感器网络中基于RSSI 的改进定位算法[J]. 传感技术学报，2009，22（3）：391-394__