基于手機(jī)WiFi及語(yǔ)音控制的機(jī)器人的制作*

劉艷華

(山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030009)

基于手機(jī)WiFi及語(yǔ)音控制的小機(jī)器人含有主控制器CPU、超聲波傳感器、WiFi模塊、驅(qū)動(dòng)芯片等模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)圈、搖頭、擺動(dòng)手臂等功能，可以唱歌，講故事，能夠完成事先制定的一些簡(jiǎn)單對(duì)話，可以利用超聲波測(cè)前方障礙物的距離，當(dāng)小于100 cm時(shí)，語(yǔ)音提示多少厘米距離。

1 智能小機(jī)器人的原理及功能模塊

智能小機(jī)器人原理框圖如圖1。

圖1 智能小機(jī)器人原理框圖

該智能機(jī)器人主要包含以下功能模塊：

1.1 主控制器

該機(jī)器人采用STC15L2K16S2芯片，適用電壓：2.2～3.6 V，內(nèi)部含有復(fù)位電路、晶振電路、2KSRAM、16KFLASH、2個(gè)異步串行口，可以低電壓檢測(cè)，電壓能夠很好地與WiFi、語(yǔ)音模塊匹配，具體電路如圖2所示。

1.2 WiFi模塊

該機(jī)器人采用的WiFi模塊是ESP-01SF，該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，支持AT命令，支持客戶端和服務(wù)器通信機(jī)制，通過(guò)AT命令進(jìn)行設(shè)置和讀取數(shù)據(jù)。將WiFi模塊設(shè)置成服務(wù)器，手機(jī)端設(shè)置成客戶端，協(xié)議格式自己擬定，在手機(jī)上做個(gè)界面，通過(guò)界面上的按鈕就可以發(fā)命令給單片機(jī)。

1.3 語(yǔ)音模塊

該機(jī)器人采用GD5600語(yǔ)音芯片，是一個(gè)提供串口的MP3芯片。其完美地集成了MP3、WAV的硬解碼，同時(shí)軟件支持TF卡驅(qū)動(dòng)，支持電腦直接更新SPI-FLASH的內(nèi)容，支持FAT16、32文件系統(tǒng)。通過(guò)簡(jiǎn)單的串口指令即可播放指定的音樂(lè)，無(wú)需繁瑣的底層操作。具體電路如圖3所示，我們用4MFLASH來(lái)存放一首跳舞的歌曲，其他均是語(yǔ)音播報(bào)，如果有TF卡，我們可以作為播放器來(lái)播放音樂(lè)，LED1是當(dāng)有播放時(shí)的指示燈。

1.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分

該機(jī)器人配有3個(gè)電機(jī)，分別用于驅(qū)動(dòng)左部和右部的輪胎以及機(jī)械臂。采用TC117驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，它是單通道直流馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、停止、剎車功能，表1是它的邏輯表，我們用來(lái)驅(qū)動(dòng)腿部的電機(jī)，由于肚子部位的電機(jī)不需要反轉(zhuǎn)，所以我們就用三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)正轉(zhuǎn)就可以了。

圖2 單片機(jī)部分電路圖

圖3 語(yǔ)音模塊

表1 TC117驅(qū)動(dòng)器的邏輯表

2 智能小機(jī)器人的制作和組裝過(guò)程

機(jī)器人在制作過(guò)程中可以先分別完成不同模塊的焊接和測(cè)試，然后再組裝成完整的機(jī)器人。這樣可以降低機(jī)器人的組裝難度，提高效率[1]。

智能小機(jī)器人的制作流程如圖4所示。

圖4 智能小機(jī)器人的制作流程圖

2.1 焊接單板

合格的產(chǎn)品既要元件的布局美觀，又要保證焊點(diǎn)的質(zhì)量合格，裝焊質(zhì)量對(duì)于保證整機(jī)安全可靠的運(yùn)行至關(guān)重要，因此，制作過(guò)程中對(duì)焊接的工藝要求有很多的要求。機(jī)器人的主電路板在焊接過(guò)程中，一定要注意焊接工藝的規(guī)范，先進(jìn)行貼片元件的焊接，焊接完成清洗好板子后再進(jìn)行插件元件的焊接。

2.2 單板測(cè)試

機(jī)器人的單板測(cè)試分兩步：靜態(tài)測(cè)試和電壓測(cè)試。靜態(tài)測(cè)試是指R29和R10沒(méi)連接的時(shí)候所進(jìn)行的測(cè)試。在主電路板中，測(cè)量R29、R10、D2、LED3的四個(gè)引腳對(duì)地是否短路。

靜態(tài)測(cè)量正常后，電路板連接電源，看LED2是否正常亮，正常亮就開始測(cè)量電壓，R29對(duì)地電壓為3.6 V左右，R10對(duì)地電壓為3.3 V左右即為正常。

電壓測(cè)量正確后，將R29、R10焊好，再測(cè)量D2負(fù)極的電壓，R10、LED3對(duì)地電壓，電壓值均為3.3 V。

電壓測(cè)量正常去下載MP3，下載程序，配置WiFi，焊上駐極體和語(yǔ)音識(shí)別燈后再下載語(yǔ)音識(shí)別。焊上喇叭進(jìn)行語(yǔ)音測(cè)試，語(yǔ)音測(cè)試完畢后進(jìn)行各個(gè)功能測(cè)試。

單板測(cè)試完成后，連接好所有的線，隨后進(jìn)行連線功能測(cè)試，測(cè)試完成后進(jìn)行整機(jī)裝配。

2.3 整機(jī)測(cè)試

整機(jī)裝配完成后進(jìn)行整機(jī)測(cè)試，調(diào)整姿態(tài)動(dòng)作：1) 看搖頭是否正常，以驗(yàn)證裝配效果；2) 前進(jìn)或后退是否對(duì)，左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)是否對(duì)，如果不對(duì)需進(jìn)行矯正。矯正可以采用手機(jī)設(shè)置或者語(yǔ)音對(duì)話進(jìn)行矯正兩種方法。

3 智能小機(jī)器人的手機(jī)APP編程軟件

該智能機(jī)器人采用Qt Creator編程軟件制作手機(jī)APP。界面分：前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、自動(dòng)演示，手臂頭部搖擺，播放/暫停，上一首，下一首(主要是TF中的歌曲)，測(cè)試。做完后用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手NetAssist進(jìn)行測(cè)試，把調(diào)試助手設(shè)置成服務(wù)器就可以與客戶端通信了，看發(fā)送的數(shù)據(jù)是否正確。

圖5 NetAssist界面

利用串口SSCOM依次點(diǎn)擊來(lái)配置WiFi模塊，把WiFi模塊配置成服務(wù)器。

4 結(jié)論

本任務(wù)完成了智能小機(jī)器人的設(shè)計(jì)、焊接、組裝和調(diào)試，這樣就形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)完整、功能齊全的智能玩具機(jī)器人，而且具有二次開發(fā)功能[2]，具有市場(chǎng)推廣價(jià)值。