基于射頻識別的室內導游機器人設計

遼寧大學物理學院 尤洪祥 徐攀峰 李麗娜 王 越 劉 暢

基于射頻識別的室內導游機器人設計

遼寧大學物理學院 尤洪祥 徐攀峰 李麗娜 王 越 劉 暢

【摘要】本文設計并實現了一個基于射頻識別技術的室內導游機器人系統。系統選擇AT89C52型單片機作為機器人的控制核心，在上位PC機協助下，利用射頻識別技術實現自主定位與路徑規劃，通過對機器人的實時運動控制，配合語音播放功能，較好的實現了室內導游服務功能。

【關鍵詞】導游機器人；射頻識別；語音播放

本文設計并實現了一個室內智能導游服務機器人系統，采用單片機與PC機相結合，借助射頻識別技術，構建虛擬坐標系完成機器人的自身定位和自主導航，并利用語音芯片開發了語音解說服務功能。

1、系統整體設計方案

本室內導游服務機器人可完成根據指定路線導航行進、到達特定地點停止并進行語音解說的功能。系統整體設計方案如圖1所示。

圖1 系統整體設計方案

2、機器人系統硬件設計

系統硬件包括上位機、機器人主體、射頻識別模塊、語音模塊和藍牙模塊。

2.1 射頻識別模塊

射頻識別模塊由射頻讀卡器和射頻標簽卡兩部分組成。在導游服務區域鋪設射頻標簽卡，機器人利用射頻讀卡器獲取代表位置信息的射頻標簽的電子編碼，傳輸給單片機，以此作為定位參考。射頻讀卡器采用DM-S28140型射頻識別卡，配合EM4100無源只讀125KHz標簽卡使用，其/ENABLE及SOUT端分別連接至單片機的相應IO口。

當讀卡器上電并且/ENABLE線被拉高，模塊將處于非活動狀態（待機模式）。當/ENABLE線被拉低，RFID讀卡器進入有效狀態，驅動天線查詢標簽。讀取完畢后，數據經串口傳送至單片機進行處理。

2.2 語音模塊

語音模塊采用WT588D型可擦寫語音芯片作為語音模塊的核心，配套WT588D VioceChip上位機操作軟件可隨意更換WT588D語音單片機芯片的任何一種控制模式，把信息下載到SPI-Flash上即可。

2.3 藍牙模塊

機器人藍牙模塊用于下位機和上位機之間的數據通信。機器人藍牙模塊分為主模塊和從模塊兩部分。主模塊通過USB-串口轉換器與上位機連接，從模塊則直接與下位機進行連接。從模塊與射頻識別模塊共用RXD接口。

3、機器人系統軟件設計

機器人采用PC機作為上位機、單片機作為下位機，兩者共同協作完成相應功能。上位機主要負責數據的分析和處理，并根據分析結果和處理結果生成相應指令，下位機則主要負責采集位置信息，并對上位機的指令作出應答（執行或回應），直接控制和檢測各個分模塊的工作和運行。上位機、下位機之間則通過藍牙模塊進行數據傳輸通信。

3.1 射頻識別程序設計

機器人行走時，射頻識別卡將處于開啟狀態。機器人行走在標簽卡上，一旦檢測到標簽卡，會觸發串口中斷，機器人立刻停止前進，讀取標簽的電子編碼即ID號，每個射頻標簽卡都具有唯一的ID號。當檢測到結束位時，單片機控制拉高/ENABLE位電平，關閉讀卡器以釋放串口資源，再將ID號寫入串口，經藍牙模塊發送至上位機，做相應的分析和處理。當機器人接收到來自上位機的前進指令時，機器人首先前進一小段距離，以避開上次讀取ID的位置。

3.2 運動控制程序設計

機器人驅動電機采用一對伺服舵機，通過控制高電平持續的時間來控制電機的運動狀態。左右電機通過單片機相應端口進行控制，通過單片機控制器程序向電機引腳重復發送特定脈沖序列，即可控制電機的旋轉方向和轉速。

3.3 語音播放程序設計

語音播放由單片機接收上位機相應控制指令，再由單片機直接控制完成。在三線串口控制模式下，語音芯片的控制引腳由片選CS、時鐘CLK 、數據DATA、忙信號BUSY組成。播放語音時，單片機首先拉底RESET位1-5ms，延時17ms之后，拉底片選信號CS位，再經延時2ms之后，即由CLK引腳發送時鐘脈沖，同時由DATA數據引腳發送逐位發送語音地址。當地址數據傳動完畢時，語音芯片將自動延時20ms，之后開始播放語音。語音正在播放時，BUSY忙信號位將維持低電平。下位機則通過監測BUSY引腳的電平高低判別語音是否已經播放完畢。

3.4 上位機程序總體設計

機器人定位是由上位PC機及下位單片機協作實現的，利用PC機強大的軟、硬件能力，配合單片機共同來實現機器人導游服務功能。位機程序主要負責數據的處理分析，并對下位機發出相應指令。

4、結束語

本文設計并實現的室內導游服務機器人，以射頻識別技術為基礎構建虛擬坐標系，對機器人的方位、運動情況進行分析和控制，有效克服了以往機器人循跡運動方式不可隨意更改路線、靈活性差的缺點，配合語音芯片，能夠穩定可靠地完成室內導游任務。

參考文獻

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基金項目：遼寧省教育廳科學技術研究項目：L2013003；國家級大學生創新創業項目：X201410140058。

作者簡介：

尤洪祥（1991-），男，山東臨沂人，碩士研究生，主要從事嵌入式系統開發及應用技術研究。

通信作者：徐攀峰。