【導(dǎo)讀】從智能小車(chē)發(fā)展到如今的輪式機(jī)器人，已經(jīng)有數(shù)十年的歷史了，本文主要詳述了帶語(yǔ)音控制的多功能無(wú)線監(jiān)控輪式機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這一研究成功的彌補(bǔ)了科技領(lǐng)域的空白，具有廣闊的發(fā)展前景。
主要內(nèi)容
（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采取經(jīng)典的L298模塊來(lái)控制，通過(guò)一篇L298來(lái)控制兩個(gè)減速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止，從而控制小車(chē)的行駛。
（2）紅外無(wú)線遙控模塊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的無(wú)線控制，對(duì)其方向的控制。
（3）光電壁障模塊。根據(jù)投光器發(fā)出的光束，被物體阻斷或部分反射，受光器最終據(jù)此作出判斷反應(yīng)，是利用被檢測(cè)物體對(duì)紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測(cè)物體的有無(wú)，其物體不限于金屬，對(duì)所有能反射光線的物體均能檢測(cè)。
（4）語(yǔ)音模塊的研究。在尋跡和壁障過(guò)程中，加載語(yǔ)音識(shí)別項(xiàng)目，下車(chē)將根據(jù)特定人發(fā)布的命令，做出相應(yīng)的動(dòng)作，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工作環(huán)境。
（5）利用傳感模塊進(jìn)行尋跡和檢測(cè)障礙物，并控制智能車(chē)的車(chē)速。
（6）溫度采集。采用DS18b20芯片采集智能車(chē)所處環(huán)境的溫度，將溫度模擬信號(hào)已經(jīng)在芯片內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)來(lái)讀取數(shù)據(jù)。
（7）利用OV6620對(duì)圖像進(jìn)行采集，并且研究圖像終端的顯示。
（8）對(duì)ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)的研究，應(yīng)用ZigBee結(jié)合智能車(chē)進(jìn)行安全檢測(cè)，包括對(duì)受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)人員的定位，并且采集其生命特征，包括心跳、溫度和血壓等，確定人員的生命體征，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具體情況的采集，其中包括溫度，濕度和空氣的各個(gè)氣體的含量，對(duì)環(huán)境情況做出預(yù)判。
（9）另外，智能車(chē)上還可以擴(kuò)展一些外圍模塊來(lái)增加其智能性，比如物品搬運(yùn)，防盜等功能。這樣小車(chē)的智能性會(huì)更加全面，功能也會(huì)更加完善。
項(xiàng)目計(jì)劃及目標(biāo)
本項(xiàng)目除了實(shí)現(xiàn)智能小車(chē)的基本功能外，針對(duì)特定的現(xiàn)場(chǎng)及PIC32芯片的特點(diǎn)，還開(kāi)發(fā)了循跡、避障、測(cè)速等功能，并實(shí)現(xiàn)圖像的無(wú)線傳輸。
（1）本項(xiàng)目的總體目標(biāo)提供具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能消防車(chē)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)一套；
（2）配套的系統(tǒng)和應(yīng)用軟件一套；
技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)
（1）將循跡、避障、測(cè)速等功能融為一體，嘗試了多通道、多傳感器的綜合運(yùn)用，采用了較為精確的方向控制策略，使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性達(dá)到了較高的水平。
（2）評(píng)測(cè)終端主要技術(shù)指標(biāo)：充分利用PIC32單片機(jī)的軟硬件資源。
（3）增添相應(yīng)的硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別、行駛狀態(tài)顯示。
（4）儀器終端提供測(cè)試結(jié)果的液晶顯示，可將結(jié)果實(shí)時(shí)在外接的顯示器上顯示。
（5）從視頻信號(hào)中采集圖像。
（6）利用ZigBee實(shí)現(xiàn)圖像的無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能小車(chē)的周邊影像的監(jiān)控。
（7）語(yǔ)音控制智能小車(chē)的行為。
（8）充分利用單片機(jī)的外圍接口，使小車(chē)的智能性更強(qiáng)。
主要研究方法
本項(xiàng)目是集循跡、避障、測(cè)速等功能融為一體，采用ZigBee對(duì)圖像的無(wú)線傳輸。其研究開(kāi)發(fā)方案及技術(shù)路線如下：
（1）小車(chē)運(yùn)動(dòng)控制電路包括控制電機(jī)的選擇，PIC32對(duì)電機(jī)的控制，控制電路的連接設(shè)計(jì)和電機(jī)控制程序的編寫(xiě)以及四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的建模與仿真。
（2）超聲波產(chǎn)生電路包括超聲波產(chǎn)生的軟件編程，超聲波發(fā)射接收的自動(dòng)控制(R-S觸發(fā)器)；超聲波接收電路包括信號(hào)放大電路、信號(hào)濾波電路和信號(hào)整形電路，該部分電路主要完成超聲波從接收到輸入單片機(jī)，保障信號(hào)的純度和可檢測(cè)度。超聲波的發(fā)射和接收由超聲波發(fā)射頭和超聲波接收頭來(lái)完成；
（3）距離顯示電路的主要作用是顯示障礙物距移動(dòng)小車(chē)的距離，該部分主要內(nèi)容為:外部觸發(fā)脈沖頻率的選擇和計(jì)數(shù)器、譯碼器及顯示器的選擇。
（4）語(yǔ)音控制電路，利用PIC對(duì)小車(chē)的行為進(jìn)行控制。
（5）小車(chē)避障電路主要介紹了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和避障過(guò)程的設(shè)計(jì)思想，常用的兩種路徑規(guī)劃的方法，并介紹了本設(shè)計(jì)小車(chē)的避障策略及軟件編程，最后對(duì)避障程序進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。
（6）融合ZigBee無(wú)線傳輸協(xié)議對(duì)車(chē)子周邊的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。并且嘗試了多通道、多傳感器的綜合運(yùn)用；
本項(xiàng)目技術(shù)成熟性及可靠性
本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的小車(chē)在生活中，及各種特殊的環(huán)境下都有著重大的應(yīng)用。在生活里，可以作為消費(fèi)類(lèi)的電子娛樂(lè)產(chǎn)品，而在一些特殊的場(chǎng)合，它又相當(dāng)于一個(gè)輪式機(jī)器人，可以在諸如礦井、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)等提供一些幫助，并且將現(xiàn)場(chǎng)拍攝的圖像傳輸至終端來(lái)顯示，以達(dá)到監(jiān)控的目的。倘若這個(gè)項(xiàng)目研發(fā)成功，將給生產(chǎn)廠商帶來(lái)巨大的市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)效益。
本項(xiàng)目的技術(shù)難點(diǎn)
（1）系統(tǒng)抗干擾
由于在不同的環(huán)境下，外界干擾對(duì)小車(chē)相關(guān)性能影響影響會(huì)不一致，因此對(duì)小車(chē)的抗干擾性提出了更高的要求。
（2）避障功能
對(duì)避障這塊的難點(diǎn)是，對(duì)障礙物的檢測(cè)和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算（比如大致尺寸，距離等），以及選擇一個(gè)合適的角度，避開(kāi)目標(biāo)障礙物。
（3）實(shí)時(shí)性
對(duì)小車(chē)周邊的環(huán)境圖像獲取后，進(jìn)行無(wú)線傳輸。從而達(dá)到實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的狀況的檢測(cè)。因?yàn)镻IC32的處理速度是相當(dāng)有限的，而圖片信息量又相對(duì)較大，這注定了圖片傳輸和處理會(huì)占用較多的cpu資源，這對(duì)實(shí)時(shí)性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
（4）準(zhǔn)確性
對(duì)于語(yǔ)音控制部分，控制者發(fā)出控制命令，與事先錄入的語(yǔ)音信息匹配，這個(gè)過(guò)程可能因?yàn)榭刂普邇纱沃v話的音量大小，頻率高低差別以及身體健康程度而出現(xiàn)不匹配從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制，因此這需要一套準(zhǔn)確的方法來(lái)盡量減少這種情況的發(fā)生。
本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)
（1） 目標(biāo)障礙物的識(shí)別以及有效規(guī)避。
（2） 紅外控制小車(chē)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。
（3）研究了ZigBee的無(wú)線傳輸，實(shí)現(xiàn)了圖像的無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸。
（4）沿著指定路線自動(dòng)行駛。
（5） 采用PIC32進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，使得整個(gè)系統(tǒng)成為可擴(kuò)展性的一體化平臺(tái)；在后期可以增添外圍設(shè)備，進(jìn)一步優(yōu)化填充功能。
（6）本項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的環(huán)境監(jiān)控機(jī)制，對(duì)于高危環(huán)境下替代人工作業(yè)也具有重要的意義。
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