邵婷婷 高騰飛 劉石林 周楊樂

（1-延安大學物理與電子信息學院 陜西 延安 716000 2-延安大學信息與通信工程研究所）

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們收入水平的提高，新的生活理念和完善的休假制度，使人們在滿足物質(zhì)生活需求后，越來越關注精神的需求，旅游業(yè)隨之日益紅火起來，成為一種時尚的消費方式[1]。文化生活品味的提高使人們已經(jīng)不再滿足于單一的觀光旅游，而更多的是想知道古跡、名勝背后的故事。景區(qū)導游的語言講解滿足了游客的這一需求，但是人工的導游和講解是重復性工作，時間長了非常枯燥乏味[2]，同時現(xiàn)有的人工導游服務質(zhì)量往往不能滿足與日俱增的游客數(shù)量的需求，旅游途中要聽講解就不能自主游覽，尤其是多個導游同時講解的時候，游客大多聽不清或者聽不到講解內(nèi)容，旅游質(zhì)量大大降低[3]。為減輕人工導游的重復性勞動，使游客能自主游覽景點并能了解文化內(nèi)涵，本文針對景點、展區(qū)位置短期不變的景區(qū)，設計了一款智能導游小車，可按照在景區(qū)內(nèi)預先設置好的游覽路線帶領游客游覽參觀，能在相應的站點顯示站點名稱并語音播報該景點的相關文化故事，游客也可以選擇自主游覽模式，選擇自己感興趣的景點由小車帶領到達聽取相關的介紹。實驗樣機測試表明，該系統(tǒng)運行準確穩(wěn)定，實現(xiàn)了既定的功能，操作方便，可應用于一些小型的室內(nèi)展覽場所。

1 系統(tǒng)方案設計

本文以單片機STM32F103ZET6為控制核心，針對一些位置短期不變的室內(nèi)展區(qū)設計了一款智能導游小車，先在景區(qū)內(nèi)預先設置好游覽路線和站點，采用L298N作為驅動模塊，為小車提供動力并帶領游客游覽參觀，采用紅外尋跡傳感器TCRT5000檢測小車是否按照既定路線行進并到達了景點介紹的播報點，如果到達了預定的播報點則通過12864液晶顯示屏顯示站點信息，并通過語音播報模塊W32-JQ-8400為游客講解景點的相關文化故事。同時通過按鍵也可以選擇自主游覽模式，游客可以根據(jù)自主游覽的需要，選擇自己感興趣的景點由小車帶領到達并聽取相關的介紹。本系統(tǒng)主要包括紅外尋跡檢測模塊、紅外避障檢測模塊、驅動模塊、語音模塊、單片機主控模塊、顯示模塊和按鍵控制模塊等，其總體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

圖2 紅外尋跡模塊電路圖

2.1 信號采集模塊

2.1.1 紅外尋跡模塊

該模塊采用的是TCRT5000紅外反射式光電傳感器，由高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成[4]。傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，當發(fā)射出的紅外線沒有被反射回來或被反射回來的強度不夠大時，光敏三極管一直處于關斷狀態(tài)，此時模塊的輸出端為低電平[5]，小車處于尋跡狀態(tài)；當紅外線被反射回來的強度足夠大時，光敏三極管飽和，此時模塊的輸出端為高電平，小車停止，說明到達了某個站點。其電路原理圖如圖2所示。

2.1.2 紅外避障模塊

本文采用半導體紅外避障模塊檢測障礙物，包括發(fā)射與接收兩部分，檢測距離可根據(jù)要求進行調(diào)節(jié)，其電路原理圖如圖3所示。發(fā)射管L1不斷發(fā)送紅外信號，遇到障礙物會反射，被L2接收，若沒有檢測到障礙物或者障礙物較遠時，反射回來的信號比較弱，比較器LM393A輸出高電平，小車繼續(xù)循跡前進；如果在預設的檢測范圍內(nèi)檢測到障礙物，則反射回來的信號較強，比較器LM393A輸出低電平，小車停止前進，等障礙物離開其既定路線后繼續(xù)前進。

圖3 紅外避障模塊電路圖

2.2 驅動模塊

本文電機驅動模塊采用的是L298N，該模塊性能好，啟動轉矩大，最高工作電壓可達46V[6]，并且可以驅動2個二向電機，既可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，也可以通過單片機的端口提供PWM信號。其電路原理圖如圖4所示，L298N驅動2臺直流減速電機A和B，由單片機定時器端口給出PWM信號控制其2個使能端，IN1和IN2分別控制小車左輪，IN3和IN4分別控制小車右輪，通過調(diào)節(jié)PWM的輸出頻率即可實現(xiàn)直行和轉彎等動作。

圖4 驅動模塊電路圖

2.3 信號處理模塊

本文采用STM32F103ZET6單片機作為主控芯片。該芯片是基于ARM Cortex-M3的32位微控制器[7]，內(nèi)部集成USB外設，既降低了開發(fā)成本，也提高了設備通信的穩(wěn)定性，7個定時/計數(shù)器最多可產(chǎn)生28個精準的PWM信號，便于控制電機。系統(tǒng)功能強大，性價比高，滿足系統(tǒng)的設計要求。其最小系統(tǒng)電路圖如圖5所示。

2.4 顯示模塊

本文顯示模塊采用LCD12864液晶顯示器，LCD12864功耗低，體積小，超薄輕巧，能實時顯示當前站點的名稱和該站點要播放的內(nèi)容（內(nèi)容在第二行循環(huán)顯示），如果離開相應站點，則不顯示任何內(nèi)容，直到下一個站點再繼續(xù)顯示該站點的名稱和內(nèi)容。

其電路圖如圖6所示。

圖5 單片機最小系統(tǒng)電路圖

圖6 LCD12864液晶顯示電路圖

2.5 按鍵模塊

本文包含8個直控按鍵，SW0為模式切換按鍵，當該按鍵按下則小車進入自主游覽模式，若沒按下則按既定路線行駛，播報；SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6分別對應編碼好的景點，按下哪個站點相對應的按鍵即行駛至相應站點進行播報，按鍵SW7為循環(huán)播放按鍵。其電路圖如圖7所示。

圖7 手動控制按鍵電路圖

3 系統(tǒng)軟件設計

本文軟件部分采用模塊化設計，在KEILMDK編程環(huán)境中進行程序編寫，其豐富的固件庫使開發(fā)者不需要接觸底層的寄存器，只需要通過直接操作庫函數(shù)即可[8]，大大提高了編程效率。本系統(tǒng)主要由尋跡子程序、避障子程序、語音播報子程序、按鍵掃描子程序、LCD顯示子程序等組成，其主程序流程圖如圖8所示。

圖8 主程序流程圖

4 結束語

本文針對一些小型且需要人工講解的室內(nèi)景點展區(qū)，設計了一款智能導游小車。采用尋跡和避障檢測相結合的方式，大大降低了小車出現(xiàn)事故的幾率，到達設置好的站點后會顯示站點名稱和播報內(nèi)容，并同時通過語音進行播報，用戶還可以通過按鍵選擇自主游覽模式，選擇自己感興趣的景點由小車帶領到達并聽取相關的介紹。實驗樣機測試表明，該系統(tǒng)運行準確穩(wěn)定，結構簡單，便于操作，可用在一些小型的室內(nèi)展覽場所。