無線語音式管家系統

宋雯+郭健

摘 要：為了使人們的生活更加安全、舒適、高效、便利、節能、環保，擁有一個智能的家！我們構想制作一個無線語音式管家系統，能通過無線控制常用家電（電視機，風扇，空調等）打開，能通過無線語音控制自動窗簾，家用機器人動作，可進行人機對話，完善我們的生活，通過系統控制家用電器，獲取需要的信息，減少人力資源的浪費。智能家居能夠創造簡便、舒適的生活方式，安全、便捷的生活環境，經濟、節約的生活平臺。我們通過制作這個系統，降低智能生活的成本，使智能生活離我們更近。

關鍵詞：無線；語音式管家；家用電器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.118

1 系統整體概述

在此項目中，依據要求設計出了一個集語音識別、模仿人類基本動作的家用機器人和可控制家用電器的管家系統。在設計的過程中，采用語音識別和無線控制來實現機器人的各個動作，機器人便可以完成與人類一樣的基本動作。，反應迅速，同時機器人也可以依靠裝入的語音系統發出一些聲音。當主人外出時，機器人可以自主的在家巡視，將所拍到的場景畫面發送給遠端監視器以方便主人查看，遠程監控還可進行報警和阻嚇。

無線語音管家系統的制作過程主要依靠程序來控制，計算機將程序下載入進傳感器和驅動程序從而遠程的控制機器人來實現機器人的各個動作。機器人的設計主要包括機械和電控兩個部分。機器人的手臂、腕部、上身、彎腰、底盤、行走的電機以及傳動系統，都是由電路控制的，是機器人中最重要的部分。機械部分的設計包括了機器人底盤的設計以及機器人的大小和尺寸以及最重要的電機的部分等。單片機能夠很好的實現機器人在語音控制方面的能力，設計的時候利用單片機能夠很方便的實現機器人的語音識別，機器人能夠依據語音的控制在自己的處理器中發出對應的的指令，作出和人一樣的動作。機器人通過各種傳感器把外部信息傳遞以單片機為控制核心的大腦，進行判斷處理后，對應的輸出給它的各個執行器件。計算機通過編程和算法，同時依靠各種傳感器，使得機器人能夠做出和人一樣豐富和優美的動作。總體方案設計框圖如圖1所示。

2 機械部分

機器人的機械部分則主要包括：為底盤、彎腰、部臂、腕部、手部（夾持器或末端執行器）、轉身、行走部等。在機器人的機械選材方面也比較重要，要方便機器人的設計以及方便機器人的裝配和制造。

機器人的底盤驅動方式如圖2所示，主要采用兩個驅動輪和兩個萬向輪。萬向輪主要用于平衡運動，機器人在進行旋轉時仍能獲得不同的方向；機器人的彎腰及轉身機構則主要采用連桿來實現；機器人的手臂只要由一根橫桿來固定左右手的兩個電機，在橫桿的中間固定一個電機，這樣可以同時實現機器人身體和頭部的旋轉。為了考慮到機器人動作的多樣性，在機器人的肩部和手臂上也裝上電機，機器人便可以自由的進行旋轉。由于鋁質材料密度小，在質量上也相比于其他的材料來說輕的多，所以就多用鋁來作為機器人制作的主要材料。

3 硬件設計

電機驅動電路采用橋式換向電路和主控制電路，橋式換向電路則是由繼電器構成，可將光電隔離器放置在繼電器和主控電路之間。由于電機在起動和制動時電流比較大，所以電機驅動電路和單片機以及傳感電路用TLP521-4光耦隔離避免電源電壓不穩定對單片機和傳感器的工作干擾。同時還能采用相互獨立的電源供電來保證整個系統正常工作。

傳感器電路是機器人能夠實現自主化的必須部分，將傳感器作為機器人的檢測裝置，能感受到被外部事物的信息，并將將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號輸入到計算機內部，來滿足機器人內部對于信息的傳輸和處理。之后計算機也會對傳感器采集回來的信號進行處理后，發送給機器人相應的端口位置，完成相應的動作。

傳感器電路就是多種傳感器相互配合使用。機器人在行進的過程中，要能夠及時的判斷出自己的位置信息，才能夠做出下一步的動作即指令。因此機器人在接收外界信息的時候，就要有很多的傳感器和接收器。機器人身上裝有GPS定位來及時的判斷出當前所在的位置，紅外線傳感器無線地磁波和光學測距器與機器人身上裝入的攝像頭能夠更加精確的測量出機器人的當前位置。當機器人在行進的過程中產生劇烈的運動，就會有對應的編碼器來產生相應的讀數，處理器就會給定相應的值對機器人進行調整。機器人在身體上裝有很多的傳感器相互配合，將所收集到的位置信息及時的轉化為電信號發送給單片機，實現對機器人的控制。

4 軟件設計

為了能實現對電機的復雜控制，需要進行相應的軟件設計.由于程序量大"控制復雜"用匯編語言編寫控制系統顯然不太合適，單片機的c語言作為一種高級語言"已廣泛使用".它涉及到機器人的動作控制，機器人的存儲的信息量，機器人面對外界環境的變化做的的反應以及應對的措施。c語言作為編制系統軟件和應用軟件的首選語言，語法靈活，在程序控制的時候，首先對單片機就要進行初始化，然后編入要進行的各項指令。機器人要想實現控制，就要及時的讀取收集到的信號，從而實現對于機器人的控制。在設計相應的指令的時候可以在機器人讀取到某個特定的信號的時候，做出相對應的動作。將編譯好的程序下載進入單片機之后，信號發送到各個端口，從而來控制機器人身上的各個傳感器，實現機器人的相應的動作。一個會舞蹈的機器人，則可以編寫相應的程序，讓機器人在接收到某個指令后，各個關節執行預先設計的動作，實現會舞蹈的機器人。

5 結論

無線語音式管家系統，不但可以實現各種家用電器的控制，而且實現了真正的遠程控制，用戶可以在任何位置通過語音來調整家里的用電設備，更加節能、高效、智能化、人性化。機器人部分使用了語音識別控制技術，方便控制機器人，可通過語音控制機器人跳舞，講故事，對話，動作，也可通過無線控制機器人。