郭 燕,王 琰,胡鵬路

(1.南京科技職業(yè)學院，江蘇 南京 210048；2.南京熊貓機電儀技術有限公司，江蘇 南京 210007)

0 引言

現(xiàn)代社會智能技術正越來越深刻地影響著我們的生活，智能旅游是指在旅游行業(yè)采用最新智能技術進行環(huán)境感知和規(guī)劃決策，以智能手段開展旅游服務，使游客能夠便捷地獲取舒適的旅游方式[1]。本課題研制開發(fā)了一種用于旅游的智能導游小車，該小車由52單片機、QTI傳感器、RFID讀卡器、語音模塊(WT588D)、鋰電池電源模塊、伺服舵機等部件組成，實現(xiàn)從起始點出發(fā)到目的地，按照指定軌跡移動，在規(guī)定時間內游歷指定景點，并播報相應的景點信息，在游歷完所有景點后回到出發(fā)地的相應功能。

1 智能導游小車系統(tǒng)總體設計

本課題所開發(fā)的智能導游小車是由機械本體、檢測元件、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行裝置組合在一起的組合體，能夠完成一系列開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)半自動或全自動的系統(tǒng)操作。該系統(tǒng)能夠在一系列景點之間按事先設定好的順序自動循線行走，不需要人為的遙控；同時，該系統(tǒng)結合無線射頻技術檢測景點信息，采用多功能、可編輯的WT588D語音芯片進行站點信息的語音播報，采用AT89S52單片機控制裝置實現(xiàn)可編程控制[2-4]，以此實現(xiàn)導游的功能。智能導游小車系統(tǒng)總體結構框圖[5-6]如圖1所示，其中電源模塊為整個系統(tǒng)提供動力來源；QTI光電傳感器實現(xiàn)循跡功能；RFID讀卡器讀取標簽卡進行景點識別；語音模塊用來編輯與存儲語音片段；功放模塊實現(xiàn)語音的放大與保真，并采用DAC方式驅動揚聲器進行景點語音信息的播報；360°伺服舵機作為執(zhí)行單元按照指令進行小車前進方向或速度的控制，實現(xiàn)小車的前進、后退等各種巡航動作；ISP下載模塊實現(xiàn)程序往單片機的燒錄；AT89S52單片機為整個系統(tǒng)的協(xié)調與控制提供保障等。

圖1 智能導游小車系統(tǒng)總體結構框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)采用8個循跡傳感器連接至單片機P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7等8個端口，用于獲取路面信息，進行循線；采用RFID讀卡器連接至控制器P2.4、P3.0端口來實現(xiàn)循跡和讀取標簽卡信息；采用語音模塊(WT588D)連接至單片機P2.0、P2.1、P2.2、P2.3實現(xiàn)語音的編輯、存儲與調用；采用伺服舵機連接至單片機P1.0、P1.1驅動小車左右輪按照預定的方式動作。智能導游小車控制部分連接示意圖見圖2。本系統(tǒng)采用軟硬件結合的設計方法，實現(xiàn)在規(guī)定時間內游歷指定景點，并播報相應的景點信息，在游歷完所有景點后回到出發(fā)地的相應功能。

2.1 循跡功能的實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用DM-S53401QTI光電傳感器，該傳感器采用光電接收管來進行循線。當QTI傳感器在一個很暗的表面上時，反射光強度很低；當QTI傳感器在一個很亮的表面上時，反射光強度很高，從而導致傳感器輸出的變化，不同強度的反射光導致傳感器輸出不同，即探測到不同顏色的物體輸出不同的電平信號。

圖2 控制部分連接電路示意圖

本系統(tǒng)共采用8個QTI傳感器，在小車的前、后分別安裝4個QTI傳感器。安裝好后，用套件中附帶的3PIN杜邦線將QTI的引腳連接到機器小車的面板上，將QTI傳感器的GND連接至控制板上的GND、VCC連接到控制板上的Vdd，然后將SIG連接到單片機的P0口上，在此以前4組傳感器為例說明連接方法和循跡策略。

傳感器與單片機接口的連接示意圖如圖3所示，以前端4組QTI傳感器為例，將其SIG信號線分別連接至小車平臺的相應P0.0、P0.1、P0.2、P0.3位，從而進行路面的檢測，以便循線。

圖3 傳感器與單片機接口連接示意圖

2.2 讀卡功能的實現(xiàn)

讀卡功能模塊由RFID讀卡器和無源只讀標簽卡組成，RFID讀卡器可低功耗被動讀取標簽,實現(xiàn)串口通信，能夠采用軟件來啟動或者禁用輸入使能端，并且具有雙色LED狀態(tài)顯示，每個標簽含有一個唯一的標識符，由RFID射頻讀取卡中信息后，通過串行接口P3.0傳輸給單片機控制端[7]。

RFID讀卡器有4個引腳：VCC、/ENABLE、SOUT、GND。其中，單片機P2.4連接其使能引腳/ENABLE，讀卡器的輸出信號SOUT與單片機的P3.0引腳相連，實現(xiàn)串口通信。RFID讀卡器電路連接方式見表1。

表1 RFID讀卡器電路連接方式

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 循跡功能的實現(xiàn)

在循跡的過程中，循跡函數由前進循跡void run_online(int steps)、后退循跡void run_online1(int steps)、左轉void run_online_a(int steps)、右轉void run_online1_a(int steps)組成。前進循線根據前頭的4個QTI傳感器返回的信息，然后根據run_online()函數執(zhí)行前進、左轉修正、右轉修正等動作實現(xiàn)循線；后退循線與前進循跡類似。

循跡部分函數如下：

void run_online(int steps){

while(steps)

{

if((P02_state()&&(!P01_state()))||(P03_state()&&(!P02_state())&&(!P01_state())&&(!P00_state()))) //1100 1000

{

move(1530,1300,1);

}

else

if(((!P02_state())&&P01_state())||((!P03_state())&&(!P02_state())&&(!P01_state())&&P00_state()))

{move(1700,1470,1);}

else if((!P01_state())&&(!P02_state()))

{

move(1500,1500,1);

delay_nms(1000);

move(1700,1300,8);

city_RFID=RFID();

if(city[Travel_itinerary[travel_city]]==city_RFID)

{

voice_broadcast(Travel_itinerary[travel_city]);

travel_city++;

}

break;

}

else

{

move(1700,1300,1);

steps--;

}

}

3.2 語音播報的實現(xiàn)

在語音播報過程中，首先采用move()子函數，RFID通信串口初始化，當讀卡器讀完一幀數據，即產生串行中斷，調用串行中斷子函數serial()并進行解碼，按照位通信協(xié)議讀取數據，調取相應語音，同時進行播報。語音播報主要由串口中斷讀卡函數、RFID通信串口初始化函數以及解碼函數組成。語音播報流程如圖4所示。

3.3 主函數

本智能導游小車使用的算法是基于數字地圖的向量分析法[8]，首先用數組M存儲相應的景點坐標、景點標簽卡信息，數組N存儲機器小車的移動路徑。機器小車通過循線到達某個景點，并通過RFID讀卡器讀取該景點的標簽卡信息，將標簽卡信息與數組M對比找到該景點的坐標B。再通過機器小車移動路徑數組N獲取上一個景點和下一個景點的信息，對照數組M找到這兩個景點的坐標A和C，最后通過這三個景點(上一個景點坐標A、當前景點坐標B、下一個景點坐標C)來獲知小車需轉動的方向和轉動角度，小車獲知轉動方向和角度后便可旋轉至下一個軌道，循線前進。

圖4 語音播報流程

軟件設計思路是：小車從起始景點出發(fā)，先播報起始景點信息，再沿某個方向循線運動，到達下一個景點時小車通過內側的兩個QTI檢測到相應的信息，驅動RFID讀卡器讀取無線射頻標簽卡信息，將讀取到的信息與city[][]數組的對應列數據對比，找到與之相對應的景點后讀取該景點的X、Y坐標值；通過景點播報路徑數組Travel_itinerary[]獲知該景點是否是播報景點，再通過機器小車移動路徑數組path[]獲取上次經過的景點的X、Y坐標以及下一個將要去的景點的坐標；知道3個景點坐標后便可以計算出需要轉動的角度和方向，由于機器小車轉動的時候會有一些小誤差，因此轉動后需要繼續(xù)搜索黑線，找到黑線后便可循線移動到下一個景點，如此循環(huán)執(zhí)行，直到走完小車移動路徑規(guī)劃的景點，并播報路線規(guī)定的所有景點后跳出循環(huán)，回到起始區(qū)域停下。智能導游機器小車的程序流程見圖5。

4 結束語

本課題開發(fā)了一種以AT89S52單片機為控制核心的智能導游機器小車，該方案以QTI光電傳感器作為路徑信息采集工具實現(xiàn)循線；采用語音模塊進行語音片段的存儲和編輯，功放模塊實現(xiàn)語音的放大與保真；結合無線射頻技術檢測景點信息，進行景點信息的語音播報，實現(xiàn)導游機器小車的智能化行進與景點信息講解。經過實踐證明：該系統(tǒng)運行可靠，具有很好的路面識別與信息播報能力，以及很強的實踐性和一定的推廣價值。

圖5 智能導游小車程序流程