电动汽车电池管理系统的语音报警设计

　　【摘　要】　介绍了一种以飞思卡尔的

16 位单片机 MC9S12DG128 和 ISD4004 系列语音

芯片为核心的电池管理语音报警系统，以电动汽车电池管理系统为平台，采用硬件

SPI 方

式通信，实现了电池管理的电压检测报警、电流过流报警、温度检测及温度异常报警、绝缘监
测报警、

SOC 监测报警等功能。为了满足灵活录音的需要，设计了耳机插口录音模式和驻极

式话筒录音模式。测试结果表明语音系统能够实时、精准地进行播报，且在恶劣环境中工作
稳定。

 

　　【关键词】　

MC9S12DG128 语音系统 ISD4004 语音录放 多种方式 

　　在数字电子技术迅猛发展的今天，语音的应用已随处可见，如微信、银行排队系统和公
交站台播报系统等。语音是人类信息的主要载体之一，是自然界最动听、和谐的声音，其在
不同领域的应用给人们的生活带来了极大的方便。在汽车行业，将语音用于汽车电池管理的
意外报警上，极大地提高了电池管理的安全性和可靠性。以全顺系列电动汽车整车控制为平
台，设计了以

MC9S12DG128 和 ISD4004 为核心的语音系统，本系统可实现电池管理的电

压检测报警、电流过流报警、温度检测及温度异常报警、绝缘监测报警、

SOC 监测报警等功能。

 
　　

1　语音系统平台的介绍 

　　本电动汽车电池管理的结构框图如图

1 所示，其分为主控模块和子模块。其中，子模块

与主控模块通过内部低速

CAN 通讯，每个子模块分别负责独立完成电池的电压采集、温度

采集、单体均衡保护、

CAN 通讯等功能。主控模块则有两个功能，一是对子模块发过来的信

息进行处理（主要完成电池信息的收集处理、

SOC 的估算、电池故障诊断和电池 SOH 的估算、

电池组的热管理、故障诊断等），并在以上功能完成后进行相应的语音报警；二是与上位机
和整车控制器的通讯，通过外部

CAN 把电池管理系统采集到的数据发送到上位机进行数据

分析、处理、显示和保存。

 

　　

2　语音系统的设计 

　　动汽车电池管理选用飞思卡尔的

16 位单片机 MC9S12DG128 作为主模块的控制器[1]，

其具有较强的数据处理能力和控制功能，尤其是内部的双

CAN 通道，优化了电池管理系统

结构。

MC9S12DG128 与语音报警系统采用硬件 SPI 方式进行通信。由于需要语音播报的话

语时间较长，故选用可录音

16 分钟的 ISD4004-16M 芯片。 

　　

2.1　语音系统的硬件设计 

　　语音报警系统选用的

ISD4004 系列芯片[2]采用 CMOS 技术，内含振荡器、防混淆滤波

器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。

ISD4004 和

MC9S12DG128 的通信为 SPI 同步串行数据传输协议[3]，其通信时序如图 2 所示。 
　　

ISD4004-16M 主要用到的引脚有：音频模拟输入 ANA_IN+、ANA_IN-，音频模拟输出

AUDIO_OUT，片选信号 SS，串行数据输入 MOSI，串行数据输出 MISO，串行时钟 SCLK
等，其与控制器的接口为

SS（PP3）、SCK（PP2）、MOSI（PP1）、MISO（PP0）。通过对

MC9S12DG128 以上四个接口的操作就可完成语音的录入和回放，具体操作时序如图 3 所
示。

 

　　

2.1.1　电源转换电路 

　　

ISD4004 为 3V 单电源工作，故采用低压差线性调压器 LM1117-3.3 来给 ISD4004 供电，

其自带电流限制和热保护功能，输出电流可达

800mA，电路图如图 4 所示。 

　　

2.1.2　耳机插口录音电路 

　　耳机插口录音（

AUDIO_IN）电路[4]如图 5 所示，该电路可以实现电脑或其他音源通

过对录线将语音录进芯片。录音时，只要将耳机插口（

AUDIO_IN）和电脑或其他音源通过