基于服務機器人的語言系統設計

張濤+施天宇+孫春霞+孫藝鳴+劉成+薛同蓮

摘 要：服務機器人語言系統是機器人控制系統的重要組成部分，在研究和分析服務機器人語言系統的構成和特點的基礎上，提出了商場迎賓機器人的語言系統設計方案。結合單片機開發系統，使用語音芯片，在商場人員進出時，自動播報歡迎詞。

關鍵詞：服務機器人 語音系統 單片機

隨著科技的大力發展，目前機器人已經發展到第三代類似人類的智能機器人，機器人的應用范圍大大擴展，除工、農業生產外，機器人應用到各行各業，為人類生產和生活服務。其中迎賓機器人是其中重要的一個分支，可應用在展覽館、科技館、會展中心、商場、賓館、銀行、醫院等服務行業的迎賓禮儀和導航服務，高端的迎賓機器人融合了機器人視覺、語音、智能人機交互、網絡技術、實時系統、傳感器檢測、控制技術和系統集成等核心技術，功能強大但價格昂貴、復雜而暫時無法普及，因而并不實用。傳統電子電路控制的迎賓機器人靈活性較差，位置發生變化則硬件需要進行修改致使應用并不方便。在此背景下提出基于單片機控制的以熱釋電紅外傳感器作為探測器件的結構簡單、成本低廉和控制靈活的迎賓機器人的語言系統設計。

1 器件功能介紹

最近ISD公司推出了一種新的單片10～20 s單段語音錄放電路ISD1820，它除了具有ISD系列語音錄放電路的基本特性外，還有幾個新的顯著特點：（1）工作電壓3～5 V；（2）取樣率和錄放音時間可以由外部振蕩電阻調節；（3）DIP14小型封裝或其他COB軟封裝；（4）單段錄放控制簡單；（5）帶話筒放大直通功能；（6）高質量自然的語音還原技術；（7）邊沿/電平觸發放音；（8）自動節電，維持電流0.5 μA；（9）內置8 Ω喇叭驅動放大電路；（10）可用單片機控制。

在實際使用時，可先用該模塊的錄音功能，將需要播放的語音錄制好。使用單片機采集相關信息，在需要播放該段語音時，由單片機給出一個脈沖信號，加在Playe端口，該電路即可驅動喇叭發聲。

2 語言系統構成

商場迎賓服務機器人主要由單片機控制電路、熱釋電紅外檢測電路、液晶顯示電路、語音電路等部分組成。利用2個人體紅外熱釋電傳感器，進行人體進出的識別工作。安裝2個并行的熱釋電紅外傳感器A和B，A和B分別控制開關ka和kb，人體先經過A再經過B，會先觸發開關ka，再觸發開關kb，把按此順序觸發開關的行為定義為“進入”。那么把人體先經過B再經過A，先觸發kb開關再觸發ka開關的順序的行為定義為“出門”。單片機控制電路用于接收處理傳感器發送來的信息，控制液晶顯示器的顯示內容和語音芯片的動作。液晶顯示電路顯示人員進出信息，如今日當前進入人數、離開人數、商場內現有人數等。語音電路執行單片機傳輸過來的控制信號，根據不同情況，發出“歡迎光臨”“歡迎下次再來”等信息。

2.1 單片機與ISD接口電路設計

根據控制的要求，選取2個ISD1820語音模塊。單片機采集到有人進入的信號時發送一個高脈沖給語音模塊1，使其驅動8 Ω喇叭發出“歡迎光臨”語音；單片機采集到有人出去的信號時，發送一個高脈沖給語音模塊2，驅動8 Ω喇叭發出“期待您再次光臨”語音。建立電路模型，選取合適的電子元器件和元件參數并繪制電路原理圖如圖1所示。

2.2 軟件設計

根據前面的分析和硬件原理圖，軟件部分用C語言編寫，完成語音芯片的控制。相應的控制子程序如下：

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 測試和結論

使用Proteus仿真并修改電路模型，搭建系統電路，利用單片機及各外圍電路模擬仿真，反復調試后獲得實驗結果。使用單片機控制電路，對其性能反復測試。可使服務機器人工作穩定、功耗小、輸出的語音清晰、音色優美，實現了商場迎賓工作的智能化和自動化，用戶評價良好。

參考文獻

[1]楊杏，陳富林，周霏.基于Qt的工業機器人語言系統的設計[J].組合機床與自動化加工技術，2015（3）：71-74.

[2]郭顯金.工業機器人編程語言的設計與實現[D].武漢：華中科技大學，2013.

[3]廉小親，劉文，何婷.基于語音IC的智能語音系統研制[J].儀器儀表學報，2004，25（4）：278-281.