無線感應座椅歸位機器人的設計

王志鵬 王祉鑫 李金玉 劉闖 大連東軟信息學院電子工程系

無線感應座椅歸位機器人的設計

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，人類對智能領域的研究也越來越深入，例如在實驗室進行實驗時，也會應用到很多智能化的設備，本設計的目的是設計出一款能在實驗室使用的無線聲光感應輔助座椅歸位系統，功能是在實驗結束后，實驗人員離開后該系統能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經離開實驗室，然后遙控驅動電機，通過紅外對管避障，使座椅歸位。

單片機 紅外感應 無線 聲光感應

1 引言

隨著科技的進步和發展，以及計算機技術，微電子制造的進一步發展，單片機系列產品正在憑借其獨特的優勢[1]，為人們日常生活提供很多的方便，很多日常所見的智能設備大部分核心板也都是單片機。本設計的最終目的是在實驗結束后，實驗人員離開后該系統能通過聲音探測，光源探測，人體紅外探測來確定人員已經離開實驗室，然后遙控電機通過紅外避障使座椅歸位，該系統也可延伸，通過加裝傳感器，實現無人后鎖閉門窗，關閉設備電源總閘等各項智能功能。

2 系統結構

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

圖1 一號歸位系統模塊圖

圖2 二號歸位系統模塊圖

3 硬件原理分析

3.1 紅外感應模塊

紅外感應這門技術是利用了人們肉眼看不見的紅外線來對物體進行感應的，感應器的核心元件是紅外線傳感器，漫反射式光電開關是一種集發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過時，將光電開關發射器發射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號[2]。在本文中，利用這種方式來實現紅外避障的功能。

在本設計中通過該模塊實現避障的功能，通過傳感器模塊精確測距離遠近，將模擬電流信號轉化成數字信號，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芯片驅動電機，使小車避開障礙。

3.2 聲光感應模塊

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，在環境聲音達不到設定的峰值時，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]。在一號歸位系統上使用本模塊，這個設計實現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

4.1 避障功能的實現

在進行軟件代碼編寫時，首先要為不同的功能繪制相應的流程圖，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

該部分關鍵性代碼如下：

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

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

4.2 遙控功能的實現

在本設計中，遙控功能的實現是采用HC-05藍牙模塊進行遙控端和1號歸位系統之間的通信，遙控端作為信號發射端，這里采用安卓手機配合軟件進行遙控，主機端接收后經過處理對電機進行操作，因此，本部分關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的主體代碼。

使能端管腳定義的部分代碼如下：發射端口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，這樣才能實現數據的發送與接收。待藍牙無線控制模塊調試完成后，進行下一個功能的設計和實現。

[1]焦江麗，李鳳蓮．以ARMCortex-M3為基礎的STM32開發板的設計與實現 [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的設計與開發[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[J]，自動化技術與應用，2011，30(8)：98-101