無線感應(yīng)座椅歸位機器人的設(shè)計

王志鵬 王祉鑫 李金玉 劉闖 大連東軟信息學院電子工程系

無線感應(yīng)座椅歸位機器人的設(shè)計

王志鵬 王祉鑫 李金玉 劉闖 大連東軟信息學院電子工程系

隨著人類科學的逐漸進步，人類對智能領(lǐng)域的研究也越來越深入，例如在實驗室進行實驗時，也會應(yīng)用到很多智能化的設(shè)備，本設(shè)計的目的是設(shè)計出一款能在實驗室使用的無線聲光感應(yīng)輔助座椅歸位系統(tǒng)，功能是在實驗結(jié)束后，實驗人員離開后該系統(tǒng)能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經(jīng)離開實驗室，然后遙控驅(qū)動電機，通過紅外對管避障，使座椅歸位。

單片機 紅外感應(yīng) 無線 聲光感應(yīng)

1 引言

隨著科技的進步和發(fā)展，以及計算機技術(shù)，微電子制造的進一步發(fā)展，單片機系列產(chǎn)品正在憑借其獨特的優(yōu)勢[1]，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┖芏嗟姆奖悖芏嗳粘Ｋ姷闹悄茉O(shè)備大部分核心板也都是單片機。本設(shè)計的最終目的是在實驗結(jié)束后，實驗人員離開后該系統(tǒng)能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經(jīng)離開實驗室，然后遙控電機通過紅外避障使座椅歸位，該系統(tǒng)也可延伸，通過加裝傳感器，實現(xiàn)無人后鎖閉門窗，關(guān)閉設(shè)備電源總閘等各項智能功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計是用于實驗室的無線聲光感應(yīng)輔助座椅歸位系統(tǒng)，是以數(shù)字集成電路技術(shù)為基礎(chǔ)，以STM32單片機為核心，通過軟硬件相結(jié)合來實現(xiàn)自動歸位的功能。在本設(shè)計中，主要包括紅外模塊、無線模塊、藍牙模塊、電機驅(qū)動模塊、小車底盤模塊和聲光感應(yīng)模塊。在本設(shè)計中歸位系統(tǒng)使用的模塊框圖如下圖所示。

圖1 一號歸位系統(tǒng)模塊圖

圖2 二號歸位系統(tǒng)模塊圖

3 硬件原理分析

3.1 紅外感應(yīng)模塊

紅外感應(yīng)這門技術(shù)是利用了人們?nèi)庋劭床灰姷募t外線來對物體進行感應(yīng)的，感應(yīng)器的核心元件是紅外線傳感器，漫反射式光電開關(guān)是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號[2]。在本文中，利用這種方式來實現(xiàn)紅外避障的功能。

在本設(shè)計中通過該模塊實現(xiàn)避障的功能，通過傳感器模塊精確測距離遠近，將模擬電流信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，通過改變高低電平，向STM32芯片傳送高電平1，表示前方無障礙。遇到障礙時，正前方傳感器由1變0，表示前方有障礙，通過32芯片驅(qū)動電機，使小車避開障礙。

3.2 聲光感應(yīng)模塊

在聲光控制電路中，光照強時本電路不工作，因此首先對光源進行檢測，此處到光源檢測模塊。此模塊的主要功能是當檢測到有光源時，輸出為高電平。當沒有光照時，則輸出為低電平，進而判斷出光照的有無。

當檢測到光源檢測模塊的判斷結(jié)果是沒有光照時，就會啟動聲音檢測電路，和光源檢測模塊一樣，在環(huán)境聲音達不到設(shè)定的峰值時，OUT輸出高電平，反之為低電平，由此來檢測聲音的有無。因此需要編寫出一個聲音模塊和光源檢測模塊的真值表，判斷通斷。

3.3 藍牙模塊

藍牙模塊采用的則是HC-05主從一體藍牙模塊，該模塊空曠地帶有效傳輸距離10米，并且在配對成功以后可以作為全雙工串口使用，可以作為額外的控制單元[3]。在一號歸位系統(tǒng)上使用本模塊，這個設(shè)計實現(xiàn)除了紅外避障歸位外，又增加了手機端藍牙控制歸位，更加智能。

4 軟件的實現(xiàn)

4.1 避障功能的實現(xiàn)

在進行軟件代碼編寫時，首先要為不同的功能繪制相應(yīng)的流程圖，這樣就能很好的處理各個條件該如何判斷。在其中，避障功能軟件流程圖如圖所示。

圖3 避障功能流程圖

該部分關(guān)鍵性代碼如下：

如上面部分代碼所示，該部分代碼結(jié)合紅外避障模塊輸出的真值進行判斷，進行左轉(zhuǎn)操作的代碼，判斷后通過電機驅(qū)動模塊控制電機。

同理，本設(shè)計所要實現(xiàn)的其他的避障判斷，如右轉(zhuǎn)，前進等功能在通過改動便可以實現(xiàn)。

4.2 遙控功能的實現(xiàn)

在本設(shè)計中，遙控功能的實現(xiàn)是采用HC-05藍牙模塊進行遙控端和1號歸位系統(tǒng)之間的通信，遙控端作為信號發(fā)射端，這里采用安卓手機配合軟件進行遙控，主機端接收后經(jīng)過處理對電機進行操作，因此，本部分關(guān)鍵性代碼是使能端管腳的定義代碼和通過藍牙控制歸位系統(tǒng)的主體代碼。

使能端管腳定義的部分代碼如下：發(fā)射端口TX：

在本部分代碼中，定義了藍牙模塊與單片機進行連接的端口設(shè)置，在這里定義的RX端口要連接藍牙模塊的TX端口，TX端口連接藍牙模塊的RX端口，這樣才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。待藍牙無線控制模塊調(diào)試完成后，進行下一個功能的設(shè)計和實現(xiàn)。

[1]焦江麗，李鳳蓮．以ARMCortex-M3為基礎(chǔ)的STM32開發(fā)板的設(shè)計與實現(xiàn) [J]，中國新通信，2013，10(9)：94-96

[2]姜莉兵．基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D]，北京郵電大學，2011

[3]張逢雪，王香婷，王通生，等．基于STM32單片機的無線智能家居控制系統(tǒng)[J]，自動化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30(8)：98-101