郝永江 王春軍 秦明明 柳理定 代 超

（西安文理學(xué)院 物理與機(jī)械電子工程學(xué)院，陜西 西安710065）

0 引言

智能餐廳是科技創(chuàng)新,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物[1]。智能機(jī)器人是智能餐廳服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵,直接關(guān)系到該系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)完全智能化服務(wù)。與國內(nèi)外現(xiàn)有餐廳服務(wù)機(jī)器人相比較,該機(jī)器人不僅具有個(gè)體適中、成本低等特點(diǎn),而且基于單片機(jī)控制,簡單實(shí)用,送餐穩(wěn)定,定位準(zhǔn)確,語音與顯示可以同步提示顧客取自己所需的餐飲,使得整個(gè)餐廳服務(wù)穩(wěn)定而自動(dòng)化運(yùn)行,達(dá)到智能化餐飲服務(wù)的效果。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能機(jī)器人在測(cè)控系統(tǒng)控制下能實(shí)現(xiàn)自主送餐全過程,自廚房出發(fā)自動(dòng)移動(dòng)到對(duì)應(yīng)餐桌定位后,餐盤旋轉(zhuǎn)90°,提示顧客取餐,取走后,餐盤歸位,回到廚房控制中心等待下次送餐。整體結(jié)構(gòu)大致包括載物盤、支撐板、控制電路板、無線收發(fā)模塊四個(gè)部分。其模型結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 模型結(jié)構(gòu)簡圖

2 測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能機(jī)器人采用飛思卡爾公司的MC9S12單片機(jī)為核心控制芯片[2],由電磁傳感器檢測(cè)路徑,再通過放大器放大微弱信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的AD通道,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的方向控制,加以驅(qū)動(dòng)就可以使機(jī)器人循跡行駛,同時(shí)配備檢測(cè)、定位和語音等功能。51單片機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)餐桌號(hào)接收及顯示功能。機(jī)器人測(cè)控系統(tǒng)硬件包含：①信息采集模塊；②驅(qū)動(dòng)模塊；③顯示模塊；④語音模塊。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.1 信息采集模塊

智能機(jī)器人是通過前端兩個(gè)電感檢測(cè)地面鋪設(shè)的頻率為50Hz的交流信號(hào)實(shí)現(xiàn)循跡的。將檢測(cè)到的電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大,送入主控單片機(jī)的AD通道進(jìn)行處理。利用紅外探測(cè)器檢測(cè)車體前方障礙,一旦發(fā)現(xiàn)障礙就會(huì)觸發(fā)單片機(jī)中斷。通過干簧管檢測(cè)餐桌旁的強(qiáng)磁鐵個(gè)數(shù)[3],來區(qū)分不同的餐桌。其電氣原理圖如圖3所示。

圖2 測(cè)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖3 采集模塊電氣原理圖

2.2 驅(qū)動(dòng)模塊

驅(qū)動(dòng)模塊執(zhí)行單片機(jī)的PWM信號(hào)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用BTS7970[4],接收MC9S12單片機(jī)P3、P7口輸出的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)餐車移動(dòng)。方向舵機(jī)驅(qū)動(dòng)接收P5口的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)方向控制。餐盤舵機(jī)驅(qū)動(dòng)接收P1口的PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)餐盤轉(zhuǎn)動(dòng)勻滑準(zhǔn)確。驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖4所示。

2.3 顯示模塊

顯示模塊采用12個(gè)8×8點(diǎn)陣構(gòu)成LED顯示屏。點(diǎn)陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形均為8×8點(diǎn)陣,共由64個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成,且每個(gè)發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上,當(dāng)某一行置高電平,且對(duì)應(yīng)的一列置低電平,相應(yīng)的二極管就亮。在89C52單片機(jī)控制下,由鎖存器74LS595進(jìn)行列選,譯碼器74HC154進(jìn)行行選。

圖4 驅(qū)動(dòng)模塊電氣原理圖

其電路如圖5所示。

圖5 顯示模塊電氣原理圖

2.4 語音模塊

該模塊是以數(shù)碼語音芯片ISD1760[5-6]為核心的一套智能語音錄放系統(tǒng)。設(shè)其采樣率為8kHz,一共能播放60秒的語音,共分為480個(gè)地址，每個(gè)地址最小語音長度為125毫秒,因此如果知道單個(gè)語音的長度,無編程器時(shí)也可推斷每個(gè)語音所占的地址長度。語音模塊原理圖如圖6所示。

圖6 語音模塊原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該軟件設(shè)計(jì)是在CodeWarrior IDE及Keil C51環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行開發(fā)。首先依據(jù)硬件電路對(duì)各模塊進(jìn)行編程,并單獨(dú)測(cè)試后,進(jìn)行整體集調(diào),分析系統(tǒng)程序,并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試、修正,最終形成穩(wěn)定成熟的軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)的軟件程序流程如圖7所示。

其主控單片機(jī)MC9S12檢測(cè)是否有送餐指令即遙控編碼,有送餐指令則進(jìn)行解碼,否則返回繼續(xù)等待。當(dāng)解碼數(shù)不為0時(shí)則啟動(dòng)機(jī)器人,否則返回繼續(xù)等待。判斷行進(jìn)過程中是否有可移動(dòng)障礙,有障礙則停車等待,同時(shí)語音提示“請(qǐng)您讓路”,否則繼續(xù)循跡前進(jìn)。當(dāng)機(jī)器人檢測(cè)出到達(dá)指定的餐桌后,停止2秒后，轉(zhuǎn)動(dòng)餐盤90°,同時(shí)語音提示顧客取走所需飲食,否則繼續(xù)循跡前進(jìn)。等待顧客取餐后,保持2秒后餐盤歸位,機(jī)器人自動(dòng)判障、循跡、返回原點(diǎn),否則語音停車提示。

圖7 控制系統(tǒng)的軟件程序流程圖

其輔助51單片機(jī)主要負(fù)責(zé)檢測(cè)紅外編碼器是否傳來數(shù)據(jù),如果傳來數(shù)據(jù)則對(duì)其進(jìn)行解碼,并把解出來的餐桌碼通過點(diǎn)陣顯示。

4 結(jié)論

通過不懈的努力,智能餐廳服務(wù)系統(tǒng)機(jī)器人模型通過了各種測(cè)試。從測(cè)試效果來看,該機(jī)器人能夠穩(wěn)定工作并實(shí)現(xiàn)了智能化服務(wù)。在2013年陜西省挑戰(zhàn)杯比賽中,該作品獲得了三等獎(jiǎng)，圖8為參賽時(shí)的樣機(jī)。

圖8 送餐機(jī)器人測(cè)試樣機(jī)

隨著科技的進(jìn)步社會(huì)的發(fā)展,人們生活水平不斷提升,智能化服務(wù)機(jī)器人越來越受到人們的關(guān)注。餐廳服務(wù)機(jī)器人的研發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)和重要的研究意義，符合當(dāng)今人們對(duì)生活智能化的要求。

［1］馬浩.未來智能餐廳建設(shè)研究[J].科技信息,2012(20)：257-258.

［2］李晨,宓超.基于飛思卡爾單片機(jī)MC9S12XS128的智能車設(shè)計(jì)[J].上海海事大學(xué)學(xué)報(bào),2012,33(1)：82-84.

［3］擺玉龍,楊利君,董存輝.基于 MC9S128的電磁導(dǎo)航智能車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù),2011,30(11)：59-64.

［4］張飛飛,楊雪松,高愛宇.基于STM32的智能滅火機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].甘肅科技,2013,29(12)：13-15.

［5］王海軍,惠彩云,李音,等.一種基于ISD1760的公交車語音報(bào)站系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程,2013(31)：182-183.

［6］鄧堅(jiān),熊瑞庭,全書海.基于 ISD1760的智能電梯語音報(bào)站系統(tǒng)[J].中國水運(yùn),2009,9(2)：120-121.