21. Juni 2013

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Zur Steuerung des Aufrufs der Sprachsegmente kann ein im Flash-Speicher eines Microcontrollers abgelegtes Programm benutzt werden. Sollen numerische Werte und ggf. auch noch Zusatzbegriffe oder -texte gesprochen werden, so sind diese vorher einmalig als WAV-Files auf der verwendeten Speicherkarte abzulegen. Gesteuert vom Programm lassen sie sich daraufhin in beliebiger Reihenfolge aufrufen. Üblicherweise werden für entsprechende Anwendungen die Sprachsegmente für die Ziffern 0-9 benötigt, so dass für sonstige Sprachausgaben lediglich noch 5 weitere mögliche Sprachsegmente verbleiben, was bedeutet, dass an dieser Stelle sehr haushälterisch verfahren werden muss.

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In einer ersten Anwendung sollten verschiedene von einem GPS-Empfängerbaustein gelieferte Werte gesprochen werden. Dabei ging es um die Daten der aktuellen Bewegungsgeschwindigkeit ( in Km/h ), der Bewegungsrichtung ( in Grad ) und die jeweiligen Höhewerte ( in Metern ). Unabhängig von diesen von GPS-Empfänger bereitgestellten Daten sollten als kleiner Zusatz auch noch Temperaturwerte ( in Grad Celsius ) gesprochen werden können. Somit galt es, alle hierzu vorliegenden Daten in ein zur Ansteuerung des "MWP1" geeignetes Format zu wandeln. Das dazu benutzte Programm wurde in BASCOM erstellt und via ISP in den ATMEGA328P-Prozessor eines ARDUINO-UNO gebrannt ( Näheres zur Verwendung von ARDUINO-Boards in Verbindung mit BASCOM-Programmen findet man u.a. hier [8] ).
Die zusätzlich zum ARDUINO-Board noch benötigten Bauteile wurden gemäss Schaltbild Abb.5 auf einer aufsteckbaren Proto-Shield-Platine [2],[3] untergebracht. Hierbei erkennen wird die Verbindungen zwischen dem Sprachbaustein "MWP1" und dem Microcontrollerboard, sowie einen in seiner Funktion weiter unten noch näher zu beschreibenden 6fach-DIL-Schalter.  Dazu kommt die Anordnung um den im 1-Wire-Format angeschlossenen Temperatursensor "DS18B20" der Firma MAXIM.


Als GPS-Empfänger sind alle Versionen geeignet, die serielle NMEA-Daten ( GGA- und RMC-Protokolle ) mit einer Datenrate von 4800bps oder 9600bps liefern ( USB- und Bluetoothvarianten können somit an dieser Stelle in der Regel NICHT benutzt werden ). Von mir erfolgreich benutze Empfängerbausteine findet man z.B. hier ( Abb.4 und [4],[5]).
Bei unbeschalteter Brücke "JP1" lassen sich GPS-Geräte anschliessen, die ihre Daten mit 9600bps liefern, wogegen nach Schliessen der Brücke mit einer Datenrate von 4800bps gearbeitet wird. Liegen die GPS-Daten mit RS-232-Pegelwerten vor, so sind sie an den Eingang des Transistors "Tr1" zu legen, wogegen mit TTL-Pegel bereitgestellte Signale direkt mit dem Porteingang PD.0 verbunden werden können und Transistor "Tr1" incl. Peripherie dabei entfallen.
Über die LED an Ausgang #D13 ( PB.5 ) wird GPS-Datenempfang signalisiert. Wenn die Diode jeweils nur 1x kurz in etwa Sekundentakt aufleuchtet, so besteht nur ungültiger GPS-Datenempfang und es muss entweder noch einige Zeit gewartet oder der Standort ( möglichst freie Rundumsicht in Richtung Himmel ) verändert werden. Sobald gültige GPS-Daten ( GPS-FIX ) erkannt wurden beginnt auch die Sprachausgabe.

Bei Sprachausgabesystemen ist man bestrebt, aus mehreren Ziffern bestehende Werte in schnellstmöglicher Abfolge zu sprechen und dazwischen liegende Pausenzeiten weitestgegend zu vermeiden. Dazu ist es allerdings erforderlich, dass eine Möglichkeit zur Enderkennung der einzelnen in unterschiedlicher zeitlicher Länge vorliegenden Sprachsegmente besteht. Im Originalzustand stellt der "MWP1" an dieser Stelle aber leider kein geeignetes Kriterium zur Verfügung. Auf seiner Platine befindet sich aber die LED "D2", die jeweils während der Sprachausgabedauer leuchtet. Durch einen kleinen Eingriffes gem. Abb.6 lässt sich das sie steuernde Signal aber abgreifen und an den IRQ0-Interrupteingang ( Port "PD.2" ) des ATMEGA328p auf dem ARDUINO-Board leiten. Die hierbei am Ende der jeweiligen Sprachsegmentausgaben zur Verfügung stehenden negativen Pulsflanken können jetzt zur Steuerung eines zeitlich optimierten Programmablaufs genutzt werden.  
Vom Anwender gewünschte Pausenzeiten zwischen den einzelnen Sprachausgabeblöcken lassen sich in 8 Stufen über die Schalter "S1-S3" ( siehe dazu Tab. 2 ) schalten. Mit den weiteren Schaltern "S4-S6" können die aus Tabelle 3 ersichtlichen unterschiedlichen Betriebszustände angewählt werden.
Wie schon weiter oben erwähnt, ermöglicht das "MWP1" den Direktanschluss eines Lautsprechers. Die hierbei verfügbare Lautstärke mag zwar für ruhige Räume genügen, wird aber in lauter Umgebung wie z.B. im Fahrzeugeinsatz nicht ausreichen. Die Auswahl eines optimierten Lautsprechersystems kann hier zwar noch gewisse Verbesserungen bringen, dürfte das Problem aber oftmals dennoch nicht lösen. In solchen Fällen liegt es somit nahe, noch einem zusätzlichen leistungsfähigen externen Verstärker einzusetzen. Dabei erwies sich auch seine  Anschaltung an den unsymetrischen gleichspannungsbehafteten Verstärkerausgang des "MWP1" als nicht ganz so trivial wie erwartet. Gute Ergebnisse konnte ich erst durch Einfügung eines ( wie auch aus Abb.5 ersichtlich ) Trenntransformators erzielen. Solche NF-Übertrager gibt es schon für wenige Euros [6] und aufgrund bestehender Verstärkungsreserven ist ihr Übersetzungsverhältnis dabei auch weitgehend unkritisch. Ich habe einen zufällig vorhandenen 1:10-Typ [7] verwendet und musste dann sogar noch den im Schaltbild mit "RV" bezeichneten Widerstand ( Experimentierwert: 100K Ohm ) zur Signalabschwächung einfügen. Das Ergebnis war jetzt ein maximaler Lautstärkepegel, der auch noch bei lauten Umgebungsgeräuschen mehr als ausreichend war.
Die generierten Sprachausgabesequenzen lassen sich bei Bedarf auch zur Modulation von Funkgeräten ( z.B. PMR446 ) verwenden. Dazu ist der unsymetrische Tonaugang an deren externen Modulationseingang zu führen und dabei auch wieder die bereits oben erwähnte Transformatorkopplung zu nutzen. Um während der Sprachausgabezeiten einen angeschlossenen Sender aktivieren zu können, wird über den ARDUINO-Anschluss #D12 ( Prozessor Port PD.4 ) ein entsprechendes Tastsignal bereitgestellt. Es ist via Transistor "Tr2" und Widerstand "Rx" verfügbar, wobei dieser Widerstand auch NUR in Verbindung mit einem angeschlossenen Funkgerät bestückt werden sollte.

[1] http://www.elv.de/Sound-direkt-vom-Chip-%E2%80%93-Mini-Wave-Player-MWP1/x.aspx/cid_726/detail_42440
[2] http://www.watterott.com/de/Shield-Proto-PCB-Rev3
[3] http://www.watterott.com/de/Stapelbare-Buchsenleisten
[4] http://www.watterott.com/de/Adafruit-Ultimate-GPS-Breakout-66-channel?x17283=3a8725f6bdeda5ce8c79a407571d6fa1

[5] http://www.ddcom24.de/shop/artikel_artikel_21958_name_GPS-Engine-Module-NL-621ETTL-Navilock-industry.html
[6] http://www.elv.de/audio-verstaerker.html
[7] http://www.reichelt.de/Trenntrafos/NFU-1-10/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=73042;GROUPID=3320;artnr=NFU+1-10
[8] http://www.kh-gps.de/bascom_arduino.htm