王志鵬 王祉鑫 李金玉 劉闖 大連東軟信息學(xué)院電子工程系

無線感應(yīng)座椅歸位機(jī)器人的設(shè)計(jì)

王志鵬 王祉鑫 李金玉 劉闖 大連東軟信息學(xué)院電子工程系

隨著人類科學(xué)的逐漸進(jìn)步，人類對智能領(lǐng)域的研究也越來越深入，例如在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，也會應(yīng)用到很多智能化的設(shè)備，本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一款能在實(shí)驗(yàn)室使用的無線聲光感應(yīng)輔助座椅歸位系統(tǒng)，功能是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員離開后該系統(tǒng)能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經(jīng)離開實(shí)驗(yàn)室，然后遙控驅(qū)動電機(jī)，通過紅外對管避障，使座椅歸位。

單片機(jī) 紅外感應(yīng) 無線 聲光感應(yīng)

1 引言

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子制造的進(jìn)一步發(fā)展，單片機(jī)系列產(chǎn)品正在憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢[1]，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┖芏嗟姆奖?，很多日常所見的智能設(shè)備大部分核心板也都是單片機(jī)。本設(shè)計(jì)的最終目的是在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員離開后該系統(tǒng)能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經(jīng)離開實(shí)驗(yàn)室，然后遙控電機(jī)通過紅外避障使座椅歸位，該系統(tǒng)也可延伸，通過加裝傳感器，實(shí)現(xiàn)無人后鎖閉門窗，關(guān)閉設(shè)備電源總閘等各項(xiàng)智能功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)是用于實(shí)驗(yàn)室的無線聲光感應(yīng)輔助座椅歸位系統(tǒng)，是以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，以STM32單片機(jī)為核心，通過軟硬件相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)自動歸位的功能。在本設(shè)計(jì)中，主要包括紅外模塊、無線模塊、藍(lán)牙模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、小車底盤模塊和聲光感應(yīng)模塊。在本設(shè)計(jì)中歸位系統(tǒng)使用的模塊框圖如下圖所示。

圖1 一號歸位系統(tǒng)模塊圖

圖2 二號歸位系統(tǒng)模塊圖

3 硬件原理分析

3.1 紅外感應(yīng)模塊

紅外感應(yīng)這門技術(shù)是利用了人們?nèi)庋劭床灰姷募t外線來對物體進(jìn)行感應(yīng)的，感應(yīng)器的核心元件是紅外線傳感器，漫反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當(dāng)有被檢測物體經(jīng)過時(shí)，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號[2]。在本文中，利用這種方式來實(shí)現(xiàn)紅外避障的功能。

在本設(shè)計(jì)中通過該模塊實(shí)現(xiàn)避障的功能，通過傳感器模塊精確測距離遠(yuǎn)近，將模擬電流信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過改變高低電平，向STM32芯片傳送高電平1，表示前方無障礙。遇到障礙時(shí)，正前方傳感器由1變0，表示前方有障礙，通過32芯片驅(qū)動電機(jī)，使小車避開障礙。

3.2 聲光感應(yīng)模塊

在聲光控制電路中，光照強(qiáng)時(shí)本電路不工作，因此首先對光源進(jìn)行檢測，此處到光源檢測模塊。此模塊的主要功能是當(dāng)檢測到有光源時(shí)，輸出為高電平。當(dāng)沒有光照時(shí)，則輸出為低電平，進(jìn)而判斷出光照的有無。

當(dāng)檢測到光源檢測模塊的判斷結(jié)果是沒有光照時(shí)，就會啟動聲音檢測電路，和光源檢測模塊一樣，在環(huán)境聲音達(dá)不到設(shè)定的峰值時(shí)，OUT輸出高電平，反之為低電平，由此來檢測聲音的有無。因此需要編寫出一個(gè)聲音模塊和光源檢測模塊的真值表，判斷通斷。

3.3 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊采用的則是HC-05主從一體藍(lán)牙模塊，該模塊空曠地帶有效傳輸距離10米，并且在配對成功以后可以作為全雙工串口使用，可以作為額外的控制單元[3]。在一號歸位系統(tǒng)上使用本模塊，這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)除了紅外避障歸位外，又增加了手機(jī)端藍(lán)牙控制歸位，更加智能。

4 軟件的實(shí)現(xiàn)

4.1 避障功能的實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行軟件代碼編寫時(shí)，首先要為不同的功能繪制相應(yīng)的流程圖，這樣就能很好的處理各個(gè)條件該如何判斷。在其中，避障功能軟件流程圖如圖所示。

圖3 避障功能流程圖

該部分關(guān)鍵性代碼如下：

如上面部分代碼所示，該部分代碼結(jié)合紅外避障模塊輸出的真值進(jìn)行判斷，進(jìn)行左轉(zhuǎn)操作的代碼，判斷后通過電機(jī)驅(qū)動模塊控制電機(jī)。

同理，本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的其他的避障判斷，如右轉(zhuǎn)，前進(jìn)等功能在通過改動便可以實(shí)現(xiàn)。

4.2 遙控功能的實(shí)現(xiàn)

在本設(shè)計(jì)中，遙控功能的實(shí)現(xiàn)是采用HC-05藍(lán)牙模塊進(jìn)行遙控端和1號歸位系統(tǒng)之間的通信，遙控端作為信號發(fā)射端，這里采用安卓手機(jī)配合軟件進(jìn)行遙控，主機(jī)端接收后經(jīng)過處理對電機(jī)進(jìn)行操作，因此，本部分關(guān)鍵性代碼是使能端管腳的定義代碼和通過藍(lán)牙控制歸位系統(tǒng)的主體代碼。

使能端管腳定義的部分代碼如下：發(fā)射端口TX：

在本部分代碼中，定義了藍(lán)牙模塊與單片機(jī)進(jìn)行連接的端口設(shè)置，在這里定義的RX端口要連接藍(lán)牙模塊的TX端口，TX端口連接藍(lán)牙模塊的RX端口，這樣才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。待藍(lán)牙無線控制模塊調(diào)試完成后，進(jìn)行下一個(gè)功能的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

[1]焦江麗，李鳳蓮．以ARMCortex-M3為基礎(chǔ)的STM32開發(fā)板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J]，中國新通信，2013，10(9)：94-96

[2]姜莉兵．基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]，北京郵電大學(xué)，2011

[3]張逢雪，王香婷，王通生，等．基于STM32單片機(jī)的無線智能家居控制系統(tǒng)[J]，自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30(8)：98-101