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WT2003H语音芯片在语音计步器中的应用设计介绍

发布时间:2022-05-27 11:50 浏览次数:

  一.方案背景描述
  
  近几年,智慧可穿戴设备大行其道,手环作为最简单方便的设备,已经成为我们日常生活的必备品。尤其健康问题更是受到极大关注。对于运动爱好者而言,运动手环不仅仅可以计算每天的运动量,每天消耗的卡路里,它还是一种潮流,全民健身的时代已经来临了,很多产品都带有计步功能。每天的运动量也成了大家茶余饭后的谈资。特别是近三年的疫情影响,很多公司,学校,协会等很关心自己员工或成员的身心健康,希望其成员能以健壮的身体,饱满的状态投入到工作和学习中,防止万一情况,小则封锁楼幢,大则整个社区停产停工,禁止出入,造成公司和个人沉重的经济损失,开始以每天/周/月的走路步数作为某种考核指标,鼓励其成员参与体育运动,强身键体。

 

QQ截图20220527144408.jpg

 

  
  传统的计步器都是用数字显示步数,时间等,但有缺点就是要不停地去看手环且功能音调不人性化,跑步人多时甚至会出现低头手环分心跌倒或与人碰撞的伤心事,为避免出现上述现象,增加跑步走路的乐趣。

  本方案采用WT2003芯片增加语音功能。不但可用耳朵听语音播报时间,步数,卡路里,目标步数差等(依用户需求设置),而且可以播放音乐或英语口语美文(计步器内置体态传感器,可识别运动方向或手势,可用抬手切换音乐,甩手听时间步数等功能,由大家去发挥)。实现键身运动,休闲学习两不误,肯定会获得广大健身爱好者的喜爱。

  
  其次采用WT2003H芯片方案,可省掉几颗芯片:一颗存贮音乐的FLASH芯片(W25QXX之类),一颗功放芯片(如8002之类),一颗音频解码或录音芯片(ISD14XX,).工程师可以用更低的成本和功耗去实现原有功能,提升公司利润和产品竟争力.采用本方案可降低产品的难度,工程师只要写很少的代码,用WT2003芯片提供的通信协议,可直接命令WT2003H系列芯片实现显示,播放音乐等工作。

  
  
  二.方案系统组成
  
  2.1系统主要功能
  
  采用创唯WT2003H芯片(SOP16/24/QFN32引脚,120Mhz主频),实现电子计步器的主控及语音功能;
  
  按键设定功能:通过2个按键对计步器进行设定;
  
  LCD显示功能:通过MCU内置的LCD驱动以I2C/SPI联接LCD,显示当前时间、步行数、卡路里消耗量,音乐名称歌词或英文单词等信息,可选关闭屏幕以节约电量;
  
  步行数和卡路里消耗量计算:通过3轴MEMS ADXL362检测运动过程,计算出步行数并依据设定的体重和步长计算出卡路里消耗量;
  
  内存功能:保存步行数等重要数据到内部闪存,闪存具有掉电保护功能,避免意外丢失数据;
  
   音乐播放和报时报步数功能:可播放切换音乐英语,设置定时或整百千播报步数;
  
  电量不足时,可发出“嘟嘟”“电量不足,请充电”报警声;
  
  充电功能:可用磁吸式或USB防水接口充口,节省购买电池的费用。
  
  蓝牙功能:外接蓝牙模块,实现手机与计步器的信息交流。
  
  手机APP:  微信,电话等可显示在手环LCD上或用语音播放“微信来了”“电话来了”;每天的步数,运动时间等也可通过手机上传到云平台。


  
  计步原理及算法:
  
  通过姿态传感器采集X Y Z轴方向的加速度数据画出图(下图),会发现走路的方向及重心移动方向,都会周期性的正---零----负---零---正,也就是加速度值在零点上下回来转换,就向荡秋千钟摆一样的运动,且周期基本相近。

 


  
  计算过程:
  
  使用截止频率为3Hz的六阶巴特沃斯低通滤波器来滤波降噪,再使用过零点检测法去检测步数。之所以选择3Hz截止频率,是因为人类快走时平均范围是每秒2.5步[相当于每分钟150步]。截止频率越低,对平滑波形效果越好,把在零点附近的毛刺过滤到最小,又能清晰地显示步态周期的波形。每周期可取三点(A最高点,B零点,C最低点),最高/低点AB是拐点可用差分求出,零点C由绝对值与单调性求出,满足这ABC三点时,步数加一。


 

计算波段

 

  
  2.2程序流程图

语音芯片工作流程

  
  2.2系统结构框图

语音芯片电路图

  
  2.3主要芯片介绍
  
  2.3.1 WT2003H芯片

语音芯片管脚介绍

  

语音芯片管脚

  


  WT2003HX是一款功能强大的高品质语音芯片,采用了高性能32位处理器、最高频率可达120MHz。具有低成本、低功耗、高可靠性、通用性强等特点,可内置350秒900秒语音容量。现有 WT2003HX-16S、WT2003HX-24SS、WT2003HP8-32N(体积小4*4MM) 三种封装的芯片。控制方式灵活:支持UART控制模式;支持一线串口和两线串口控制模式;支持按键控制模式
  
  ● UART控制模式:标准UART通信接口,默认波特率9600;支持 SPI-Flash作为存储器。带有文件索引播放、插播、 单曲循环、所有曲目循环、随机播放等功能。 32 级音量可调、最大可以支持外挂 128Mbit 的 Flash;  
   一线串口控制模式:可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小;8级音量可调、支持 SPI-Flash做为存储器:最大可以支持外挂 128Mbit 的 Flash;  
   两线串口控制模式:可通过发码端控制语音播放、停止、循环播放和音量大小;8级音量可调、支持 SPI-Flash做为存储器:最大可以支持外挂 128Mbit 的 Flash;  
   按键控制模式:触发方式灵活,可随意设置任意按键为脉冲可重复触发、脉冲不可重复触发、无效按键、电平保持不可循环、电平保持可循环、电平非保持可循环、上一曲不循环、下一曲不循环、上一曲可循环、下一曲可循环、音量+、音量-、播放/暂停、停止、播放/停止等15种触发方式,最多可用10个按键触发控制输出;  
   上电默认不播放;具备BUSY状态指示、BUSY平时为低电平,播放时为高电平; 
   支持切换音频输出方式,样品默认SPK输出 ,如需DAC输出,请参考音频输出切换指令;  
   支持语音高品质音频格式,(音频码率支持8kbps~320kbps)声音优美;  
   内置0.5W D类功放;  
   两个16位异步分频器定时器;  
   数字音频流,IIS支持主机和从机模式; 
   一个红外遥控解码器;  
   16 bit高精度ADC;  
   16 bit高精度DAC;  
   大功率IO驱动能力,最高可直接驱动64mA; 
   单芯片使用(使用内置容量)时内置语音需出厂前写入。  
   支持UART更新程序以及语音,建议画板时预留UART串口,升级请参考串口升级文档。

  
  2.4 ADL362姿态传感器芯片
  
  ADL362是一款超低功耗、3轴MEMS加速度计,输出数据速率为100 Hz时功耗低于2 μA,在运动触发唤醒模式下功耗为270nA。与使用功率占空比来实现低功耗的加速度计不同,ADXL362没有通过欠采样混叠输入信号;它采用全数据速率对传感器的整个带宽进行采样。
  
  ADXL362  通常提供12位输出分辨率;在较低分辨率足够时,还提供8位格式化数据以实现更高效的单字节传送。测量范围为±2 g、±4 g及±8 g,±2   g范围内的分辨率为1 mg/LSB。噪声电平要求低于ADXL362正常值550 μg/√Hz的应用可以选择两个低噪声模式(典型值低至175   μg/√Hz)之一,电源电流增加极小。
  
  除了超低功耗以外,ADXL362还具有许多特性来实现真正的系统级节能。该器件包含了一个深度多模式输出FIFO、一个内置微功耗温度传感器和几个运动检   测模式,其中包括可调阙值的睡眠和唤醒工作模式,在该模式下当测量速率为6HZ(大约)时功耗低至270nA。如有需要,可在检测到运动时提供一个引脚输  出来直接控制外部开关。此外,ADXL362还支持对采样时间和/或外部时钟进行外部控制。
  
  ADXL362可以在1.6V至3.5V的宽电源电压范围内工作,并且必要时可以与采用独立低电源电压工作的主机接口。ADXL362采用3 mm × 3.25 mm × 1.06 mm封装。


  三、公司介绍

  M6米乐,位于广东省深圳市宝安区,1999年成立于广州。历经20多年的发展,公司已成为集研发、生产、销售和服务于一体的,专注于语音技术研究、语音产品方案设计及控制等软、硬件设计的国家高新技术企业。在北京、广州、武汉、上海等地拥有多家子公司,构筑了面向全国的经营和服务网络,涵盖家电、医疗器械、安防报警、汽车电子、多媒体、通信、电话录音、工业自动化控制、玩具及互动消费类产品等领域,公司的集成芯片和模块主要有:播放类、录音类、MP3类、蓝牙WiFi类、语音识别类。唯创知音已经形成标准的品质保障流程和高效的服务体系。芯片资料可向公司官网或客服索取相关资料,如果有订制需求,也可向客服咨询,可提供更多的技术服务。

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