智能语音IC卡燃气表的开发_技术研究

摘要

摘要：智能语音IC卡燃气表是在传统IC卡燃气表的基础上，通过增加智能语音芯片来实现燃气表对用户操作全过程的语音提示，进行燃气表多种状态提示，使用户了解燃气表的运行状态，减少操

摘要：智能语音IC卡燃气表是在传统IC卡燃气表的基础上，通过增加智能语音芯片来实现燃气表对用户操作全过程的语音提示，进行燃气表多种状态提示，使用户了解燃气表的运行状态，减少操作的盲目性，从而减少报修量，降低燃气公司的运营成本。介绍了智能语音IC卡燃气表的功能特点、工作原理、成本、能耗及可靠性。

关键词：智能语音燃气表；语音芯片；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

当前，数码语音技术已经发展成为一种时尚化、智能化、人性化的技术，应用在工业、交通、军事、安全保卫、教育、娱乐、体育、通信、广告、旅游、休闲等各个领域。如果厨房里的燃气表能实现“自己开口说话”，就会使产品更加人性化、智能化。

1 概述

智能语音IC卡燃气表是在传统家用IC卡膜式燃气表的基础上，通过增加智能语音芯片来实现对用户操作全过程的语音提示，从而指导用户完成购气、输气、换电池等常规操作，并对不正确的操作给予提示。这样，既方便了用户对燃气表的使用，又减少了由于用户不了解燃气表报警功能及使用方法，误认为燃气表损坏而产生的报修量。据市场调查，目前尚无其他IC卡燃气表厂家生产的燃气表具有语音提示功能，如能率先研制出智能语音IC卡燃气表，必然有很强的市场竞争力。

2 功能特点

燃气公司的客服人员经常听到群众说：我家燃气表为什么总过一会“嘀”一声呢(气量不足报警)？我家的燃气表不过气了，还老“嘀、嘀”地叫，是怎么回事(电池电量低报警)？我家表怎么输不进气(卡插反或插错卡)？IC卡插卡时该朝哪面插呀？我插卡输气后，什么时候能拔卡呀？我明明出门时刚插过卡，怎么说我没插卡呢(用户购气前需向燃气表内正确插卡后再购气)？这些问题不仅困扰着燃气用户，而且给燃气公司增加很多工作量。尽管燃气公司对IC卡燃气表功能及使用方法进行了大量的宣传，而且用户手中均持有使用说明书，但燃气用户文化水平不一，很多人根本不去看说明书，对IC卡燃气表的“嘀”声报警提示不理解，对插卡方向不清楚，对插卡是否成功不清楚，从而造成用户的误操作及用户的误报修。不但给燃气公司增加了运营成本，而且容易使用户对燃气公司产生不满，损害燃气公司在用户中的形象。有了智能语音燃气表，以上问题就可迎刃而解了。以下介绍智能语音燃气表的语音提示报警功能。

① 安装电池提示

如果用户将电池正确装入燃气表中，语音提示“系统启动中”，表示用户已经正确装入电池；否则，没有语音提示，用户便可知道电池安装不正确。

② 阀门状态提示

燃气表正常启动时如果表内有剩余气量，系统提示“阀门打开”，同时阀门开启，用户可正常用气；如表内没有气量，系统提示“气量用尽，清输气”，此时阀门关闭，不能用气。这样用户可以了解燃气表阀门的开关状态，从而提示用户是否该购气。

③ 插卡提示

用户在插卡过程中，如果因将IC卡插反或插不到位等造成系统未能正确读卡，则燃气表会提示用户“插卡错误”，及时纠正插卡方式，实现正确插书。如果用户所插的IC卡通过系统验证^[1]，那么当系统对IC卡读写操作完成后，系统提示“插卡正确，请拔卡”，表示插卡操作正确，同时提示用户拔卡，避免用户误操作。

④ 强磁干扰提示

燃气表使用过程中如果遇到强磁干扰，则阀门立即自动关闭，并提示“外界干扰”。干扰消除后系统提示“干扰消除，请插卡开阀”，则用户任意插卡后(正插卡、反插卡均可)，阀门打开，用户可以正常用气。

⑤ 气量不足提示

当燃气表内剩余气量小于报警限值时(居民用户一般为2m³，工业用户一般为100m³)，燃气表每走1个计数周期，系统提示“气量不足，请输气”，提醒用户及时购气，以免造成用户在用气过程中气量用尽关阀。

⑥ 气量用尽报警

如用户没有及时购气，燃气表内气量用尽时，燃气表将阀门关闭，并提示“气量用尽，请输气”，提示用户停气的原因，并且用户每插卡1次(正插卡、反插号均可)，系统重复报1次。如果用户所插卡内气量为0时，系统提示“卡内气量用尽，请购气”，从而提示用户购气。

⑦ 电量不足提示

当燃气表内电池电量不足时，系统提示“电量不足，请换电池”，提醒用户更换电池，避免用户因不明白以往非语音燃气表为什么一直发“嘀”声而报修，或因不清楚不能用气是因为电池没电关阀而报修。

⑧ 剩余气量提示

当用户按下燃气表上的报气量专用按钮时，系统提示“表内剩余气量为……方”，这样用户就不必去看燃气表液晶显示数字，从语音提示便可得知燃气表内还有多少剩余气量，大概还能用多长时间，从而确定购气时间。

3 工作原理及可靠性

智能语音燃气表除具有人性化、智能化的特点外，其结构简单、低功耗及低成本的特点使其更具优势。

3.1 工作原理

智能语音燃气表结构简单，开发升级周期短。从硬件方面来说，只要在传统的IC卡燃气表中加入语音芯片，便可驱动小型扬声器实现发声；从软件方面来说，只需在原有控制程序上增加百余条指令，并增加相应的检测位即可实现语音功能。语音芯片的控制方式一般有按键、并行和串行控制3种。由于按键控制不适用于自动控制，并行控制占用微程序控制器(英文简称“MCU”)资源较多，故推荐采用串行控制方式。根据语音芯片型号的不同，采用串行控制方式仅占用3～5个MCU的I/0口，即可实现对语音芯片逾100段发声内容的控制。典型串行控制电路见图1。

智能语音燃气表控制电路主要由电源管理电路、采样电路、液晶显示电路、数据存储电路、IC卡控制电路、阀门控制电路及报警电路组成MCU的外围电路组成，这些电路由MCU进行统一管理，协调各部分电路的工作。语音燃气表就是将原报警电路部分去掉，用现报警电路替代，以实现语音报警功能。

3.2 成本

在智能语音燃气表开发阶段和小批量试制阶段可使用带闪速存储器的语音芯片，开发人员可以多次修改语音芯片的语音提示内容，加上扬声器的成本，比普通IC卡燃气表成本增加约20元/只。如果批量生产，则可使用掩模语音芯片，产品电路结构、性能、音质完全不变，而成本只有闪速存储器语音芯片成本的25%左右。

3.3 能耗

智能语音燃气表语音一卷片在不发声的情况下工作电流仅为1μA，几乎可以忽略不计。虽然发声时电流约50mA，但由于在燃气表正常用气期间，不需发声，一直保持无声的低功耗运行状态，只有在出现故障、电量不足、气量不足或插卡输气等操作时才发声，因此，增加语音系统在燃气表整个使用寿命中，所消耗的电量很少。

3.4 可靠性

经对智能语音燃气表数万次发声测试，其各项功能正常，发音内容准确无误，说明语音系统具有较高的可靠性。由于语音芯片是IC卡燃气表的辅助装置，一旦语音芯片出现故障，必须确保不会影响燃气表其他功能的正常使用。语音燃气表对语音芯片采用查询控制方式，一旦语音芯片出现故障，MCU即对其不予理睬，不会影响其他程序的正常运行。此外，对发声系统采取独立供电方式及在信号传输上进行I/0口的硬件隔离，保证了在语音系统出现故障时，不会影响燃气表主控制电路的正常工作。经对语音芯片的若干破坏性实验，验证了设计思路的正确性。

4 结语

智能语音IC卡燃气表无论在性能、成本、能耗及可靠性方面都已经满足了实际使用的需求。虽然在成本方面普通IC卡燃气表比智能语音IC卡燃气表要低一些，但比较两者的性能，后者则具有更强的产品竞争力。目前新奥燃气设备有限公司研制的这种智能语音燃气表已达到批量生产的水平，相信未来必将替代普通的IC卡燃气表，进入千家万户。

参考文献：

[1] 王有绪，许杰，李拉成.PIC系列单片机接口技术及应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.