智能语音机器人

` 本帖最后由星希望532 于 2015-12-2 20:06 编辑

作品名称：基于微型操作系统的智能多平台控制语音机器人

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二、科学性

研究意义：随着时代的发展，人们对生活质量和生活环境的要求逐步提高，人们开始更加关注家具的智能化和家居环境的安全，基于智能化的家具实时监控系统应用而生。与此同时，环境污染、火灾、煤气泄漏等一系列问题层出不穷，这使得智能家居发展有了极为广阔的应用前景。

研究内容：1.电脑视频监控设计； 2.无线监测与定位设计； 3. PM2.5的检测； 4.安卓手机控制设计； 5.火灾、煤气泄漏检测及GSM报警系统；

理论依据：1.传感器在物联网中的应用； 2.短距离无线信号定位； 3.向量空间理论与机器人运动学； 4.人工智能与机器视觉；

技术指标：机器人尺寸：198mm*220mm*180mm（长*宽*高）；无线通信频段：2.4GHz；整机功耗：8W（max,包含电机功率）；温度测量范围：-40℃—80℃；气压测量范围：300—1100hPa（海拔-500米—9000米）；PM2.5最小粒子检出值：0.8微米；

三、创新性

创新点：1.采用无线WIFI实现电脑视频监控系统； 2.能与人进行语言交流，能够根据语音命令完成对家用电器的协助控制； 3.可语音控制，可手机控制，可由电脑控制； 4.能够实时传回图像； 5.搭载温度传感器、湿度传感器、气压传感器、地磁场传感器等多种传感器，能够实时获取机器人所处环境的各种数据；6.加入自动寻找充电站功能，电量快耗尽时能够自动寻找充电站，补充电能。

关键技术：1.单片机软件的编写及硬件的连接； 2.语音识别与语音合成技术； 3.无线WIFI与遥控技术的应用； 4.安卓手机APP的驱动程序； 5.机器视觉与人工智能系统算法设计；

与国内外同类研究的比较：1.该机器人能与人进行简单的语言交流，能够识别部分方言； 2.能够多平台控制:语音控制，手机控制，电脑控制； 3.搭载多种传感器，随时知道当地温度、湿度、海拔高度等信息。

四、实用性

适用范围：

在智能家居的应用中，可根据语音命令完成对家用电器的控制；
扩展语音库后可作为孩子智能家庭教师；
可深入到各种危险区域，自主侦察，并实时传回图像等各种信息；
可实现移动气象站的部分功能； 5.可实现智能家居可视化控制；

推广前景：机器人行业已成为一个快速发展的产业，市场空间巨大，前景广阔。机器人的出现，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。随着信息技术的发展，现代化机器人也朝着更加智能化的方向迈进，这也促使拥有更多功能、更具人类特性的机器人开始被研发。期待有一天，科幻电影里的机器人能够走进人们的生活，更好的为人类服务。

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星希望532

2015-12-2 19:09:18

本帖最后由星希望532 于 2015-12-2 19:11 编辑

一绪论
1.1任务背景
机器人行业已成为一个快速发展的产业，市场空间巨大，前景广阔。机器人的出现，极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。随着信息技术的发展，现代化机器人也朝着更加智能化的方向迈进，这也促使拥有更多功能、更具人类特性的机器人开始被研发。期待有一天，科幻电影里的机器人能够走进我们的生活，更好的为人民服务。

1.2任务要求
该项目旨在制作一个能够应对复杂环境的机器人,既能家用,也能用于野外环境测；能与人进行简单的语言交流，能够根据语音命令完成对家用电器的协助控制；能够实时传回图像，方便观测及操作；搭载多种传感器，能够实时获取机器人所处环境的温度、湿度、气压甚至地磁场数据等。具有自动寻找充电站功能,电量快耗尽时能够自动寻找充电站,补充电能。

星希望532

2015-12-2 19:10:52

本帖最后由星希望532 于 2015-12-2 19:11 编辑

二方案选型及论证
2.1主控芯片选择
方案一：采用51系列单片机，虽然51系列单片机的编程比较简单，但相对于同类产品来说，其主频低， RAM、ROM较小，片内外设太少，需要添加较多的硬件外设。
方案二：采用STM32F103单片机，该单片机基于M3内核，具有512 KB Flash，128 KB SRAM，最大8个计时器；强大的性能，丰富的外设使其能够承担起大型项目的开发。
综合以上两种方案，选择方案二。

2.2遥控平台的选择
方案一：选择24l01无线2.4GHz模块进行无线通信，该方案具有占用资源少，传输速度快，传输距离较远等优势，但该方案不能实现手机控制与电脑控制。
方案二：选择蓝牙模块进行无线通信。
为提高机器人的可操作性，实现了多平台遥控，制作者为机器人搭载了蓝牙通信模块，并为其制作了蓝牙遥控器、安卓 APP、PC上位机。因此选择方案二蓝牙通信模块。

2.3显示模块的选择
方案一：数码管显示。数码管显示比较清晰，比液晶更加适合在白天强光环境下工作。但是数码管显示单一，耗电量大。
方案二：LCD1602。LCD1602是一款专门用来显示字符、数字、符号的工业字符型液晶。成本较低，控制简单。由于属于反光式显示，在外界光线较强的情况下人眼对显示内容难以识别。
方案三：OLED12864显示屏。OLED由于具有自发光、对比度高、视角广、使用温度范围广且耗电量小等特点，在强光条件下依旧显示清晰。

上图分别为数码管、1602和 OLED12864
综合以上三种方案，选择方案三。

2.4视频图像传输方案的选择
方案一：使用数字摄像头，用单片机采集图像后再经过无线模块将图像发送至指定设备。图像属于数据量较大的数据，如果用单片机采集的话会占用大量单片机资源，并降低运行效率。
方案二：使用AV摄像头加视频传输模组。这是一种成熟的视频图像传输技术，具有成本低、功耗低、传输距离较远、图像清晰等优点。
综合以上两种方案，采用方案二。

2.5语音识别方案的选择
方案一：使用录音芯片事先录制好各段音频，在收到语音信号后，根据其频率特性逐个对比调用。
方案二：使用LD3320语音芯片，LD3320是非特定特定语音识别芯片，不需要用户进行录音训练即可使用。支持SPI接口，具有使用方便，工作稳定，识别率较高等特点。
综合以上两种方案，选择方案二。

2.6机器人主体构架的选择
方案一：使用4WD底盘，单电机驱动，配合舵机转向。该方案成本较低，但无法应对崎岖的地形，无法实现原地转弯等动作。
方案二：使用履带式底盘，使用两轮差速转弯的方式，可以胜任一些复杂的地形，并可以原地转弯。
综合以上两种方案，选择方案二。

星希望532

2015-12-2 19:12:42

三       硬件设计
3.1单片机核心板最小系统
本作品采用STM32F103单片机作为主控芯片，STM32F103单片机是ARM Cortex-M3核的32位单片机，设计最小系统时，需要外加晶振电路和复位电路，同时还需要考虑其引脚的连接与外设的合理分配。其核心板最小系统原理图如图1所示。

图 1  最小系统板原理图

3.2摄像头及图像传输模块
该部分电路使用模块化解决方案，摄像头采用安防微型AV摄像头，图像传输模块采用安防无线图传模块，大大简化了电路的设计。其原理图如图2所示。

图 2  视频模块原理图

3.3电机驱动电路
本作品采用BTS7960芯片驱动电机，该芯片是应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，要驱动两路电机正反转，则需要使用4块芯片组成两路全桥。其原理图如图3所示。

图 3  电机驱动模块原理图

3.4显示屏电路
本作品所使用的OLED12864显示屏使用SPI通信协议，只需要4只I/O就能驱动。其原理图如图4所示。

图 4  显示模块原理图

3.5语音识别模块电路
本作品使用LD3320语音识别芯片，在电路设计中需要充分考虑电源的稳定以及录音时对杂波的过滤，所以在设计中加入了许多电容。其原理图如图5所示。

图 5  语音识别模块原理图

3.6传感器部分电路
本作品所使用的温湿度传感器、气压传感器、地磁场传感器、红外传感器等均采用模块化设计，其中温湿度传感器使用1-wire协议，气压传感器和地磁场传感器使用IIC协议，红外传感器使用NEC协议。其原理图如图6所示。

图 6  传感器模块原理图