張濤+施天宇+孫春霞+孫藝?guó)Q+劉成+薛同蓮

摘 要：服務(wù)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，在研究和分析服務(wù)機(jī)器人語(yǔ)言系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了商場(chǎng)迎賓機(jī)器人的語(yǔ)言系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。結(jié)合單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用語(yǔ)音芯片，在商場(chǎng)人員進(jìn)出時(shí)，自動(dòng)播報(bào)歡迎詞。

關(guān)鍵詞：服務(wù)機(jī)器人 語(yǔ)音系統(tǒng) 單片機(jī)

隨著科技的大力發(fā)展，目前機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到第三代類似人類的智能機(jī)器人，機(jī)器人的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展，除工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，機(jī)器人應(yīng)用到各行各業(yè)，為人類生產(chǎn)和生活服務(wù)。其中迎賓機(jī)器人是其中重要的一個(gè)分支，可應(yīng)用在展覽館、科技館、會(huì)展中心、商場(chǎng)、賓館、銀行、醫(yī)院等服務(wù)行業(yè)的迎賓禮儀和導(dǎo)航服務(wù)，高端的迎賓機(jī)器人融合了機(jī)器人視覺(jué)、語(yǔ)音、智能人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、傳感器檢測(cè)、控制技術(shù)和系統(tǒng)集成等核心技術(shù)，功能強(qiáng)大但價(jià)格昂貴、復(fù)雜而暫時(shí)無(wú)法普及，因而并不實(shí)用。傳統(tǒng)電子電路控制的迎賓機(jī)器人靈活性較差，位置發(fā)生變化則硬件需要進(jìn)行修改致使應(yīng)用并不方便。在此背景下提出基于單片機(jī)控制的以熱釋電紅外傳感器作為探測(cè)器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉和控制靈活的迎賓機(jī)器人的語(yǔ)言系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 器件功能介紹

最近ISD公司推出了一種新的單片10～20 s單段語(yǔ)音錄放電路ISD1820，它除了具有ISD系列語(yǔ)音錄放電路的基本特性外，還有幾個(gè)新的顯著特點(diǎn)：（1）工作電壓3～5 V；（2）取樣率和錄放音時(shí)間可以由外部振蕩電阻調(diào)節(jié)；（3）DIP14小型封裝或其他COB軟封裝；（4）單段錄放控制簡(jiǎn)單；（5）帶話筒放大直通功能；（6）高質(zhì)量自然的語(yǔ)音還原技術(shù)；（7）邊沿/電平觸發(fā)放音；（8）自動(dòng)節(jié)電，維持電流0.5 μA；（9）內(nèi)置8 Ω喇叭驅(qū)動(dòng)放大電路；（10）可用單片機(jī)控制。

在實(shí)際使用時(shí)，可先用該模塊的錄音功能，將需要播放的語(yǔ)音錄制好。使用單片機(jī)采集相關(guān)信息，在需要播放該段語(yǔ)音時(shí)，由單片機(jī)給出一個(gè)脈沖信號(hào)，加在Playe端口，該電路即可驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)聲。

2 語(yǔ)言系統(tǒng)構(gòu)成

商場(chǎng)迎賓服務(wù)機(jī)器人主要由單片機(jī)控制電路、熱釋電紅外檢測(cè)電路、液晶顯示電路、語(yǔ)音電路等部分組成。利用2個(gè)人體紅外熱釋電傳感器，進(jìn)行人體進(jìn)出的識(shí)別工作。安裝2個(gè)并行的熱釋電紅外傳感器A和B，A和B分別控制開(kāi)關(guān)ka和kb，人體先經(jīng)過(guò)A再經(jīng)過(guò)B，會(huì)先觸發(fā)開(kāi)關(guān)ka，再觸發(fā)開(kāi)關(guān)kb，把按此順序觸發(fā)開(kāi)關(guān)的行為定義為“進(jìn)入”。那么把人體先經(jīng)過(guò)B再經(jīng)過(guò)A，先觸發(fā)kb開(kāi)關(guān)再觸發(fā)ka開(kāi)關(guān)的順序的行為定義為“出門(mén)”。單片機(jī)控制電路用于接收處理傳感器發(fā)送來(lái)的信息，控制液晶顯示器的顯示內(nèi)容和語(yǔ)音芯片的動(dòng)作。液晶顯示電路顯示人員進(jìn)出信息，如今日當(dāng)前進(jìn)入人數(shù)、離開(kāi)人數(shù)、商場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有人數(shù)等。語(yǔ)音電路執(zhí)行單片機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的控制信號(hào)，根據(jù)不同情況，發(fā)出“歡迎光臨”“歡迎下次再來(lái)”等信息。

2.1 單片機(jī)與ISD接口電路設(shè)計(jì)

根據(jù)控制的要求，選取2個(gè)ISD1820語(yǔ)音模塊。單片機(jī)采集到有人進(jìn)入的信號(hào)時(shí)發(fā)送一個(gè)高脈沖給語(yǔ)音模塊1，使其驅(qū)動(dòng)8 Ω喇叭發(fā)出“歡迎光臨”語(yǔ)音；單片機(jī)采集到有人出去的信號(hào)時(shí)，發(fā)送一個(gè)高脈沖給語(yǔ)音模塊2，驅(qū)動(dòng)8 Ω喇叭發(fā)出“期待您再次光臨”語(yǔ)音。建立電路模型，選取合適的電子元器件和元件參數(shù)并繪制電路原理圖如圖1所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)前面的分析和硬件原理圖，軟件部分用C語(yǔ)言編寫(xiě)，完成語(yǔ)音芯片的控制。相應(yīng)的控制子程序如下：

void scan（ ） { if （s1==0） {delay（5）； if（s1==0） { while （！s1）； if （s2_flag==1） { out++； all--； write_renshu（12，all）； write_renshu（0x40+12，out）；s2_flag=0；PlayE2=1；delay（200）；PlayE2=0；} else {s1_flag=1； } } }

if （s2==0） { delay（5）； if（s2==0） {while ！s2）；if （s1_flag==1） {in++；all++；write_renshu（12，all）；write_renshu（0x40+3，in）；s1_flag=0；PlayE1=1；delay（200）；PlayE1=0； } else {s2_flag=1； }}

3 測(cè)試和結(jié)論

使用Proteus仿真并修改電路模型，搭建系統(tǒng)電路，利用單片機(jī)及各外圍電路模擬仿真，反復(fù)調(diào)試后獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。使用單片機(jī)控制電路，對(duì)其性能反復(fù)測(cè)試。可使服務(wù)機(jī)器人工作穩(wěn)定、功耗小、輸出的語(yǔ)音清晰、音色優(yōu)美，實(shí)現(xiàn)了商場(chǎng)迎賓工作的智能化和自動(dòng)化，用戶評(píng)價(jià)良好。

參考文獻(xiàn)

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