具有语音控制及火警功能的智能小车设计 毕业设计

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1、XXXXXX 本科毕业设计（论文）题 目具有语音控制及火警功能 的智能小车设计 院 系 机械学院 专 业机械设计制造及其自动化 姓 名 XX 学 号 XXXXXX 学习年限201X年X月至20XX年6月指导教师 XX 职称 助教 申请学位 XXX 学士学位 年 月 日摘要：在科学技术高速发展的今天，智能小车的迅速发展也使它逐渐进入了人们的视野。智能小车的功能也在逐渐增加。在火场、地震、泥石流等自然灾害现场都能看到智能小车的身影。本文设计的具有语音控制及火警功能的智能小车，由MultiFLEX2-PXA270控制器、CDS5516舵机、语音控制系统、温度报警系统、避障系统等组成。它具有识别“前进

2、，左转，右转，加速，减速，停止，后退”等语音控制的功能，并具有检测现场温度的功能和自我保护的功能（如温度过高自动后退几步），有火情时闪光、发出声音报警。关键词：智能小车 控制器 语音控制 避障Abstract： With the rapid development of science and technology today, the rapid development of the intelligent car also makes it gradually entered peoples field of vision. Smart car function in increasing

3、. You can see the smart car figure in natural disasters, earthquakes, landslides and other fire scene. In this paper, the design of voice control and fire alarm function of the smart car is, the system is controlled by a MultiFLEX it 2-PXA270 controller, steering gear CDS5516, voice, temperature ala

4、rm system, obstacle avoidance system. It can identify the forward, turn left, turn right, speed up, slow down, stop, back and voice control function and has detection site temperature function and self protection function (such as the temperature is too automatic step back), there is a fire in the f

5、lash, the alarm will sound.Keywords: intelligent vehicle controller voice control and obstacle avoidance具有语音控制及火警功能的智能小车设计第1章 绪论1. 1背景和研究意义在科学技术迅猛发展的今天，关于智能小车的研究也越来越受到人们的关注。国家竞争和省电子几乎总是有一个智能车竞赛这个话题，全国各高校也都非常重视对这一问题的研究。具有重要意义的研究。正是在此背景下提出了这个设计，指导教师已经有充分的准备。于是我们结合科研项目而确定了这个具有语音控制及火警功能的智能小车设计类课题。设计的智能小

6、车应该能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，可以具有识别“前进，左转，右转，加速，减速，停止，后退”等语音控制的功能，并具有检测现场温度的功能和自我保护的功能（如温度过高自动后退几步），有火情时闪光、发出声音报警。根据题目的要求，确定如下方案：在现有创意之星机器人零部件的基础上，以MultiFLEX2-PXA270 控制器为核心部件，利用创意之星机器人连接件，加装温度、红外线测距、语音识别传感器及舵机等等，实现对小车的速度、位置、运行状况的实时控制。我设计的这个方案能够实现对智能小车的运动状态进行实时控制，具有控制灵活、可靠，精度高的特点，同

7、时可以满足任务书对系统的各项要求。本设计采用MultiFLEX2-PXA270 控制器。以MultiFLEX2-PXA270 控制器核心，利用红外测距传感器检测道路的障碍，控制电动小汽车的自动避障，速度或自动停止，并检测现场温度功能和自我保护功能（如高温自动退一步），火警闪亮，语音报警。 以中国政府在公共管理和公共服务职能，加强对火灾的预警，优良的救援设备发展和救援的发展迅速已经成为一个社会性公益项目。从事灭火设备生产是一一个很有发展前途的现代工业。是社会福利的一个福音。当然，消防车是消防系统的主要消防装备。其用途是将消防员及灭火器、器材装备安全迅速地运到火场。以抢救人员，扑救火灾。而我设计具

8、有语音控制及火警功能的智能小车可以通过语音控制来操作小车到达指定位置，来实现火警报警及火场的救援，当人无法靠近火场时，人们可以远程控制机器人来完成任务，这样既节约了成本，而且还人力的损耗及伤亡。1.2 本领域的研究现状和发展现状智能小车、轮式机器人，最适合在那些人类无法工作的环境中工作。该技术可以应用于无人驾驶汽车，无人生产线，仓库，服务机器人，航空航天等领域。在第二十世纪自动化领域的重大成就中，机器人已经和人类社会的生产和生活分不开了，所以为了使智能车在最佳状态，进一步研究和提高它的速度和方向与功能的控制是非常有必要的。在产品测试，部件测试，电路板和其他类似的产品是应用机器人是常见的。一般来

9、说，检测系统也与其他设备集成，它们是视觉系统，X射线仪，超声波探伤仪或其它类似仪器。从地面压力发现，气爆是自然因子井下作业有2次不安全的次事故发生忽然，是非常危险及严重。以前的气岩突发事故将形成，神迹，如爆。随着移动机器人的特殊传感器意外早期先兆，国家连续监测检测挖掘采取预防措施。智能车辆的研究始于2世纪5年代初，美国Barren Eleckronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统(Autarnate Guided Vehicle system ，AGVS).1974年，瑞典的VolvoKalmar轿车装配工厂与Schiindex-Digitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体

10、的AGYS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。由Kalrnar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Yauo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构正在研发智能车辆，其中具有代表性的智能车辆包括： 意大利MOB-LAB的研究。MOB-LAB是开放“移动试验室，的代名词，后来用来研发车载实时图像处理系统.通过计算机视觉系统来检测车道轨迹，实现车辆自主驾驶e MOB-LAB有以下主要特点:车辆前后装备彩色摄像机，用来检测车辆外部环境;两个实时数字图像处理器(利用相应算法结构

11、，以200ms一幅图像速度分析图像);4个车载传感器来测量横向和纵向车辆加速度;在车辆左右侧安装的毫米波雷达感知道路左右两侧环境;两个PC处理器处理雷达和其他融合的传感器数据。 德意志联邦大学的研究.德意志联邦大学已经研发出多辆智能原型车辆。在1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆就己经在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试。使用机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMETHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA, 7t )也进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备UBM视觉系统.这是一个双目视觉系统

12、，具有极高的稳定性，同时还包括一些其他种类的传感器:三个加速度计、一个车轮位置编码器(可作为里程表或速度计)，在VaMoRs车中，GPS接收机可以实现车辆位置的初步估算。 美国俄亥俄州立大学的研究。俄亥俄州立大学智能交通研究所研发的三智能汽车的原型车，配备不同的传感器来实现数据融合和错误检测技术：基于视觉系统，雷达系统（横向位置检测和车道）：激光扫描测距仪（障碍物检测）：其他传感器，如侧向雷达，转向陀螺。采用基于道路检测目测法。利用安装在CCD摄像机位置的镜子要尽可能高，车道检测系统可以这样一个单一的灰度图像处理。基于假设的道路卧式，有连续的或附魔车道。车道标志的数据帧的检测用来决定在接下来的

13、步骤中，兴趣热点区域来简化形象处理。从图像中提取重要的明场算法，并使用一个矢量驱动器存储，如道路消失点或通道宽度等数据参数可以作为车道标志线的计算参考。最后，为了处理点、划车道，采用一阶多项式曲线拟合和矢量计算。如果左车道标志线检测，你可以用左、右标记线估计车道中心线，或者也可以使用估计的车道宽度和相关的视觉指标的中心线。 在我国，吉林大学智能车辆课题组长期从事智能车辆自主导航机理及关键技术研究。20世纪9D年代以来，课题组开展的组态式柔性制造单元及图像识别自动引导车的研究对我国独立自主开发一种新型自动引导车辆系统，从而为我国生产组织模式向柔性或半柔性生产组织转化提供了有意义的技术支撑和关键设

14、备。课题组已开发出JLLIIV-1、JLLIIV-2、JLLIIV-3三种型号的自动引导车辆，其中JLLIIV-3三实用型视觉导航AGV已投入工厂进行中试.吉林省科学技术委员会“新视觉导引AGV自动物流运输系统的开发”项目，长春市政府科技引导星计划的创业项目，由吉林大学科技园项目，高新技术产品的孵化器项目，目前已完成商业开发的AGV，进入市场。由于优越的jlliiv - 3三型AGV的性能，智能化程度高，是全国首创，将产生巨大的社会效益和经济效益。 中国第一汽车集团公司和国防大学科学与机械和电气工程及其自动化技术，2003年七月成功开发了中国第一辆自动驾驶汽车，无人驾驶汽车在正常交通情况下，高

15、速公路上的最大稳定速度为130公里/小时行驶，170公里/小时的最高速度峰值，并具有功能超车，整体技术性能和指标已经达到世界先进水平。汽车状况，决定沿路径，或在路上准备超车的变化，完全在司机的大脑：接下来，自动根据跟踪路径的需要和车辆动态驾驶控制软件。对方向盘控制器，节气门控制器和制动控制器发出动作指令，操纵汽车按规划路径提出了司机的手和脚。 此外，中国的清华大学，北京理工大学等单位也在开发智能汽车。汽车自主驾驶技术是集模式识别，智能控制，计算机科学与技术全面的汽车动力转向等多学科，汽车驾驶功能水平的高低往往是作为衡量一个国家的技术水平控制的重要标准。智能车辆的相关技术，也将促进轮式移动机器人

16、的研究。 机器人的发展大致经过三代的演变:第一代是可编程的示教再现型机器人，目前已经流行，它是人们给程序，可以重复一系列操作系统。因为它没有传感器反馈的信息，因此不能在运行过程中从外界获取信息，提高自身行为素质。因此，对适用范围和精度是有限的 第二代是一定意义上的机器人离线编程功能和自适应能力。这个机器人配备了一个简单的内部和外部传感器，通过视觉的实际位置和方向的测量，对实际检测，外部环境的触觉和感知能力，并通过在预反馈信息编程的算法和程序指导调整的过程。这与近年来，传感器技术的迅猛发展，控制理论和计算机仿生等。 第三代机器人是能够感知外部环境和对象，并具有复杂的信息准确的处理，对自己的行为做

17、出了智能机器人的决策能力。这种机器人配备多个传感器，可以检测到多传感器信息融合”多传感器信息融合）并做出相应的决策，独立完成任务。自主学习和自主智能机器人（决策）功能，它能有效地适应环境的变化，具有较强的自适应能力。 目前机器人的研究正在向智能型，独立型，复合型和发展，机器人与人类生活的联系越来越紧密。作为移动机器人是现代机器人技术的一个重要分支是一个非常活跃的研究领域。1.3论文的主要内容和章节安排（1） 第一章主要介绍具有语音控制及火警功能的智能小车设计的背景和研究意义，智能小车的相关领域的国内外研究现状。（2） 第二章主要介绍智能小车设计需要哪些传感器、控制器模块、舵机/电机模块以及它们

18、的选型及功能。（3） 第三章主要介绍智能小车的搭建过程。（4） 第四章主要介绍智能小车的软件设计部分。包括主程序流程介绍，子程序流程介绍。子程序流程包括各类传感器的控制过程和舵机/电机的控制过程。（5） 第五章主要讲的是智能小车的调试过程与设计过程的合理性检验，包括硬件调试、软件调试、整体调试。（6） 做出此次设计结论。第2章 智能小车的组成部分2.1控制器模块控制器选用MultiFLEX2-PXA270控制器。 MultiFLEX2-PXA270控制器纯粹就是为智能机器人控制而存在的。它有以下特点：1、高运算能力、低功耗、体积小。MultiFLEX2-PXA270 控制器具备520MHz、3

19、2 位的高性能嵌入式处理器和Linux操作系统，运算处理能力强大，而功耗不到2W；体积小巧，可以直接放入仿人机器人体内。2、控制接口丰富。可以控制直流电机（须配合BDMC 系列伺服驱动器）；可以控制各种信号的舵机（包括所有的传统R/C舵机、博创出品的CDS55XX 系列机器人舵机、韩国Robotis公司出品的AX12+机器人舵机等）；可以对机器人舵机进行调速、位置控制、力矩控制；可以同时控制接近40路舵机电机。3、数据接口丰富。控制器具有12路双向可设置通用IO接口，8路10位精度的AD接口；还有RS-422总线、RS-232接口，足够满足绝大多数运用场合。4、开发简单。配套NorthSTAR

20、 图形化集成开发环境，您不用面对令人头疼的Linux 系统编程，嵌入式高手基本上都是高薪人士，原因是嵌入式编程难度高、人才少。您只是为了设计一只比较听话的小狗，不用非得抱着厚厚的“砖头”啃上半年到一年之后再开始动手设计，相信到时您对设计会说话的小狗的激情与创意都已灰飞烟灭了。MultiFLEX2-PXA270控制器的详细功能如下所示：（1）完全支持MultiFLEX2-AVR 控制器的全部功能（2）Marvell Xscale PXA270520MHz，32 位处理器，16M NOR-FLASH，128MNAND-FLASH（3）Linux 操作系统（4）4个USB Host，1个100bps

21、以太网端口、Wifi模块插槽（Wifi模块属选配件）（5）1个麦克风接口，1个立体声音频输出接口（6）支持摄像头作为视觉传感器，麦克风作为听觉传感器 如图2.11所示，MultiFLEX2-PXA270控制器相比MultiFLEX2-AVR 控制器多出了以太网接口、USB 接口、音频接口。MultiFLEX2-PXA270控制器独有接口电气规范如下表所示：表 2.2 MultiFLEX2-PXA270 控制器的电气规范项目数据说明电池电压6.58.4VDC使用2节锂聚合物电池，标称电压7.4V，使用过程电压范围为6.5V8.4V。充电电压控制器内置智能充电器，充电过程会自动调节电压。外接电源1

22、2V外接直流稳压电源，电压12V，正常使用电流05A。保护反接保护过流保护长时间电源反接仍可能损坏控制器。过流保护生效后，需要重新上电才能工作。静态功耗1.5W无外接设备下的静态功耗。保护电流68A超过此电流后，自动切断。约10秒后才能再次工作。I/O电平低电平 VCC 1.5V数字量输入/输出12个GND/VCC/SIG三线制（SIG可以设为输入或者输出，在NorthSTAR 软件中配置或通过协议配置）。模拟量输入8个GND/VCC/SIG 三线制，10位精度机器人舵机接口6个1M 速率的半双工异步串行总线，理论可接255个机器人舵机，由于供电能力限制， 建议同时使用时不超过30个。舵机工作

23、电压等于控制器工作电压。R/C舵机接口8个GND/VCC/SIG 三线制（SIG 为信号输出），工作电压5V。USB 接口4个USB2.0在接口板上有两个对外USB 接口，一个USB 接口固化为无线网卡专用端口，一个USB 接口固化为调试接口以太网接口1个100M 自适应以太网接口音频接口1输入1输出无线通讯支持54M 无线以太网卡（选配部件）2.2.3 电池和直流电源 MultiFLEX2-PXA270控制器和MultiFLEX2-AVR 控制器内置一组7.4V 的锂离子电池，一般情况下使用电池供电。电池电量不足的情况下，您可以使用直流稳压电源给控制器供电。电池的种类很多，比如镍氢电池、铅酸

24、电池、锂离子电池、锂聚合物电池等等。锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，但对于日常维护要求较高，在使用中需要注意下面的注意事项l 电池如图，“创意之星”使用7.4V 锂离子电池，内置8A放电能力的充放电保护板。在电池的使用过程，您需要注意以下几点：1、电池输出电压会随着电池电量的下降而下降，充满电时电池电压约为8.4V，使用过程中可能会降低到6.5V。2、电池电压过低时（低于6.5V），控制器电源指示灯会以2s 的周期闪烁，蜂鸣器会发出短促的鸣叫。这时请您切断电源，给电池充电，继续使用会使电池过度放电，造成永久性损伤。您也可以选择使用外接直流稳压电源为控制器供电。3、充电器和电池已

25、经内置到控制器里面，请不要自行拆卸。如果您需要更大容量的电池，请在确认电池符合要求（额定电压6.58.4V之间）后，将电池直接连接到用于连接外接直流稳压电源的圆形插座上，而不是替换原装电池。l 直流稳压电源如图2.13所示，“创意之星”配置了一个直流稳压电源。电源的输出为12V/5A，峰值电流可达8A。直流稳压电源使用过程中，您需要注意以下情况：1、电源的正常输出能力是12V/5A，峰值可达到8A，但是长时间工作在5A 以上会导致电源过热，缩短电源使用寿命。2、您如果使用自己的外置电源时，请保证电源输出电压是在12V。3、欠压报警症状是蜂鸣器短促鸣叫，控制器电源指示灯以2s的时间间隔闪烁。过压

26、报警症状是蜂鸣器短促鸣叫，控制器电源指示灯以200ms的时间间隔闪烁。2.2传感器的选择及功能概述(1)红外测距传感器l 原理 日本SHARP 公司推出了一系列的红外测距传感器（Infrared Range Finder），用来测量前方物体和传感器探头之间的距离。这些传感器体积小（手指大小）、重量轻（不到10克重），接口简单，用于微型机器人的测距是非常理想的选择。GP2D12是该系列传感器中的典型。它的输出为：02.5V 模拟量（电压值随距离变化）；量程范围1080 cm。这个型号的传感器作为大多数微型移动机器人的避碰和漫游测距用传感器都是足够的。另外还可以用于检测机器人各关节位置、姿态等。

27、GP2D12 主要是由红外发射器、PSD（位置敏感检测装置）及相关处理电路构成，红外发射器发射一束红外光线，红外光线遇到障碍物被反射回来，通过透镜投射到PSD 上，投射点和PSD的中心位置存在偏差值a，GP2D12根据上图所示的a、b、三个值就可以计算出H的值，并输出相应电平的模拟电压。由上述原理可知红外测距传感器的几个重要的特性：1、与障碍物的反射角度基本无关。下图列出了GP2D12 在以不同角度面对反射面时，实际距离与测得距离的偏差。实际距离均为40cm，反射物为一块40cmx40cm的白色木板。可以看到在反射物垂直于光路、20度、40度、60度夹角时，输出值误差很小。2、与反射物体的颜色

28、及材质基本无关。下图列出了与传感器距离为50cm 的棕色卡片纸、蓝色塑料、黑色皮革、白纸四种不同材质的传感器输出值。可以看到，该种传感器对反射物的材质并不敏感，实际输出并不随材质而变化。但是，有效测量距离是随被测物体材质而不同的，例如对于白纸，最大有效测量距离可达到80cm；但是对于黑色皮革，有效测量距离可能只能达到60-70cm。这是由于不同材质的反射率不同所致。l 使用下图为智能小车使用的GP2D12红外测距传感器，与常见GP2D12不同的是我们为它设计了一个类似机器人头部的外壳，可以方便地安装到“创意之星”零件上。红外测距传感器为模拟量传感器，接AD0AD7 的任意一个接口都可以通过No

29、rthSTAR 进行数值读取和编程。传感器的规格数据如下：探测距离：10-80cm工作电压：4-5.5V标准电流消耗：33-50mA输出量：模拟量输出，输出电压和探测距离非比例相关MultiFLEX2-PXA270 控制器的AD 精度为10 位，测量电压范围05V，对应输出值01023。您如果要得到真实的距离值需要做2 次换算，假设您从NorthSTAR 读取的AD 值为491，换算为真实电压值为5*(491/1023)=2.4V，可以知道当前传感器探头到障碍物的距离是10cm。（2）声音传感器l 原理1）驻极体式电容麦克风构造与原理 机器人上最常用的声音传感器就是麦克风。常见的麦克风包括动圈

30、式麦克风、MEMS麦克风和驻极体电容麦克风。其中，驻极体电容麦克风尺寸小，功耗低，价格低廉而性能不错，是手机、电话机等常用的声音传感器。大量具有声音交互功能的机器人，例如SONY AIBO，本田ASIMO，均采用这类麦克风作为声音传感器。 驻极体式电容麦克风由一片很轻的振动膜及驻极电荷的背极板组成。构成驻极体式电容麦克风的内部零件相当精密，对外部的杂音很敏感，因此为预防灰尘或异物质的侵蚀及电器杂音，要紧紧密封在只有音波可流入的圆形金属壳中。 随着音波的流入使金属振动板振动时，振动板与电极板会随音波的振动，产生距离上的变化，这种物理现象可解释为静电容量变化。因驻极体式电容麦克风的静电容量值很小，

31、电器的耗电流量较大，故不可直接使用于一般的放大器(扩大器)上。为符合放大器所要求的输入信号耗电流量，必须要经由JFET使电流量转换成放大器可接受的程度。 驻极体式电容麦克风随振动板与背极板极化蓄电荷的类型及构造，可区分为三大类:1.背极式麦克风Back Electret Type Condenser Microphone2.薄膜式麦克风Foil Electret Type Condenser Microphone3.前极式麦克风Front Electret Type Condenser Microphonel 使用 如图是“创意之星”的声音传感器，声音传感器是开关量传感器，接IO0IO11的任

32、意一个接口都可以通过NorthSTAR 进行数值读取和编程。 声音传感器是一种很好的人机交互设备，您可以借此让机器人响应您的动作，比如拍下手掌机器狗站来来，快速拍手机器狗往前跑。高级版“创意之星”有麦克风，它和这里的声音传感器不一样，麦克风接在音频输入接口上，能够采集人能够听到耳朵的所有声音，输出连续的电平信号。声音传感器是IO 量传感器，输出只有0 或1 两种电平状态，比如声音高过60分贝时输出为1，低于60分贝输出为0。（3） 温度传感器 温度传感器是一种检测温度的部件。其核心是美国National Semiconductor公司的LM35温敏传感器。这款传感器的标称温度检测范围是070

33、摄氏度。为了传感器的安全起见，不要将传感器放置在超过80 摄氏度的环境中，该传感器并不具备防水能力，请不要用该传感器测量水温。 如图是“创意之星”的温度传感器，输出模拟量信号，接AD0AD7的任意一个接口都可以通过NorthSTAR进行数值读取和编程。2.3舵机的选型及功能概述舵机也叫伺服电机，最早用于船舶上实现其转向功能，由于可以通过程序连续控制其转角，因而被广泛应用智能小车以实现转向以及机器人各类关节运动中。其工作原理为:控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电

34、位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止。其工作流程为：控制信号控制电路板电机转动齿轮组减速舵盘转动位置反馈电位计控制电路板反馈此智能小车选用CDS5516机器人舵机 proMOTION CDS系列机器人舵机属于一种集电机、伺服驱动、总线式通讯接口为一体的集成伺服单元，主要用于微型机器人的关节、轮子、履带驱动，也可用于其它简单位置控制场合。CDS5516的特点如下所示：1大扭矩：16Kgfcm 的持续转动输出扭矩，大于20Kgfcm 位置保持扭矩（2）位置伺服控制模式下转动范围0-300（3（高转速：最高0.16s/60

35、输出转速 u 在速度控制模式下可连续旋转，调速（4）DC6.8V14V宽电压范围供电 u 总线连接，理论可串联254 个单元（5）0.32位置分辨率 u 高达1M 通讯波特率（6）双端输出轴，适合安装在机器人关节 u 0.25KHz 的伺服更新率（7）高精度全金属齿轮组，双滚珠轴承 u 具备位置、温度、电压、速度反馈（8）连接处O 型环密封，防尘防溅水第3章 具有语音控制及火警功能的智能小车的搭建3.1智能小车主体部分（1）结构设计：首先需要清点一下，要用到的资源：一个控制器、4个CDS5516、4个轮子、众多结构件和传感器。 根据上面的清单，我要做的是一个四轮独立驱动的智能小车。原因是四个轮

36、子可以单独驱动控制，具有很强的机动能力，并且动力比较强劲。可以安装四个舵机，让机器人能够灵活运动，四个电机转动输出和机器人平台的方向对应关系如下图所示。之后我们需要根据机器人前方的障碍物情况，控制机器人的方向。（2）避障策略：如下图所示，我们在小车的前方安装两个红外测距传感器，如果左边的传感器触发，但右边的没有触发，说明机器人左边有障碍物，但右边没有，可以向右边转弯避开。同理可以判断前方障碍物、右边障碍物等情况。同理，温度传感器和声音传感器也应该放在小车的前方。3.2具有语音控制及火警功能的智能小车的搭建过程 第一步，先搭建一个轮子，控制这个轮子转起来。从创意之星机器人套件组装指南的5.3小节

37、所准备的实验材料中取出以下零部件：（1） 结构件若干；（2） 舵机连接线若干；（3）已经设置好ID的CDS5516四个；（4）MultiFLEX2-PXA270控制器一个；然后用用结构件和L型连接件与舵机单元相连接连接，形成一个基本的轮子单元和CDS5516舵机搭建出下面的构型；最后，用舵机连接线将舵机与MultiFLEX2-PXA270控制器相连接。其他三个轮子亦是如此。第4章 具有语音控制及火警功能的智能小车的软件设计部分具有语音控制及火警功能的智能小车设计软件设计部分包括语音识别系统的程序流程、温度系统的程序流程、避障系统的流程，以及一些指示灯的程序流程。4.1主程序流程介绍具有语音控制

38、及火警功能的智能小车设计的主程序的逻辑判断流程首先不能使各传感器的指令相违背。首先在人说出指令之后，麦克风识别出人的声音，然后进行逻辑判断是否与红外测距传感器接收的指令是否想违背，如果违背应该执行红外测距传感器的指令，若没有违背，则执行麦克风的指令。但是这些指令都要看是否与温度传感器的指令相违背，因为工作环境的特殊性，一切智能小车的行为指令都要保障小车的自身安全，这样既可以报警又可以远离危险区域。进行一系列的逻辑判断之后就可以把指令传输给舵机了，根据高低电平，输出各个电机的正反转和速度，从而达到小车前进，后退，左转，右转，加速，减速，停止的指令。实现人类赋予智能小车的任务。下面是具有语音控制及

39、火警功能的智能小车的主程序逻辑判断流程图：开始说出麦克风指令识别与红外传感器指令是否违背否是执行麦克风指令执行红外测距传感器指令与温度传感器指令不违背吧？否是舵机舵机右转左转减速加速停止停止后退前进4.2主要子程序流程介绍4.2.1传感器的控制流程 具有语音控制及火警功能的智能小车实现避障功能靠的是红外测距传感器，在小车的前方分别安两个红外测距传感器，当红外测距传感器接收到信号后，通过控制器分析左侧和右侧有没有同时检测到障碍物，如果同时没有检测到障碍物，那么智能小车将前进，如果左侧传感器检测到障碍物，那么智能小车首先后退，然后在实施右转，若不是，则智能小车则后退之后左转。依次循环命令，直到智能

40、小车完成它的指定使命。如下是红外测距传感器逻辑判断流程图：开 始红外传感器接收信号左侧传感器和右侧传感器是否检测到 障碍物左侧传感器是否检测到障碍物是否 否 是小车后退小车后退小车前进小车左转小车右转 小车实现在高温环境下作业，并且还能保护自己不受损坏是靠温度传感器传出的指令来实现的，温度传感器里有感温电阻，通过外界温度的变化从而调节自身电阻的变化，本智能小车采用的温度传感器所能检测到的温度范围是070摄氏度，为了安全起见，不要讲传感器放置到80摄氏度的环境中。在工作环境中，当温度传感器检测到温度超过了70摄氏度的时候，蜂鸣器将会报警，发出警报，命令智能小车后退，如果检测到温度没有超过70摄氏

41、度，智能小车将继续执行以前的指令，不影响小车的正常运转。下面是温度传感器的逻辑判断流程图： 开 始温度传感器读取变量温度是否超过70度否是蜂鸣器报警后退 本智能小车要实现能听懂人类的命令是通过声音传感器来实现的，声音传感器是一种很好的人机交互设备。比如，当人发出指令“前进”时，传感器随着音波的流入使金属振动板振动时，振动板与电极板会随音波的振动，麦克风接在音频输入接口上，能够采集人耳朵能够听到的所有声音，输出连续的电平信号。声音传感器是IO量传感器，输出只有0或1两种电平状态，比如声音高过60分贝时输出为1，低于60分贝输出为0。然后通过控制器，将指令传给舵机系统，来实现智能小车的“前进”、“

42、后退”、“左转”、“右转”、“停止”、“加速”、“减速”的指令。下面是声音传感器的语音识别逻辑判断流程图： 开始读取麦克风指令 Swich后退停止右转左转前进减速加速结束4.2.2舵机/电机的控制流程 控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms,宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0. 5

43、ms-2. 5ms范围内的角度控制脉冲部分，总间隔为2ms。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的: 0.5ms0度; 1.Oms45度; 1.5ms90度; 2.Oms135度; 2.5ms180度; 下面是舵机的逻辑控制流程图：通开电机复位检测输入脉冲宽度检测电位器柄的位置比较是否一致一致输出电机快慢正反转不一致第5章 具有语音控制及火警功能的智能小车的调试过程及设计结果5.1硬件调试5.1.1排除故障：在硬件调试过程中，出现了4号电机不转动，舵机不灵敏的问题，需要拆除换一个新的舵机，在搭建小车过程中，出现了布局不合理的问题，四个舵机尽量往控制器的边缘分布，这样可以加大承载能力

44、，是小车更加平稳的行进。5.1.2布线要合理：要尽量减少连接线的数量，前轮的两个舵机和后轮的两个舵机首先用连接线连接起来，然后在接到控制器上，连接线的长度要合理，否则会影响智能小车的正常运行，尽量线路走直线，不搭线，不中途接线，那样容易短路。5.2软件调试5.2.1需要安装的软件：具有语音控制及火警功能的智能小车的软件设计需要安装舵机调试软件RobotServoTerminor和图形化交互式机器人控制程序开发工具NorthStar首先让我们了解一下图形化交互式机器人控制程序开发工具NorthStar。NorthSTAR是一个图形化交互式机器人控制程序开发工具。在NorthSTAR中，通过鼠标的

45、拖动类似逻辑框的控件和对控件做简单的属性设置，就可以快捷的编写机器人控制程序。程序编辑完后，可以编译并下载到机器人控制器中运行。NorthSTAR编程环境具有操作简便、功能强大特点，能让您在图标拖动中创建复杂的逻辑，可以让机器人按照你的指令做出动作。 下来了解一下舵机调试软件RobotServoTerminor。RobotServoTerminor具备以下功能：（1）总线上的舵机ID搜索；（2）设置参数，如ID、波特率、加速度以及位置限制等参数；（3）查看舵机状态，如舵机当前温度，位置，载荷、电压等；（4）速度、位置、负载等关键参数动态曲线观测；（5）舵机固件升级；（6）舵机性能展示。Robo

46、tServoTerminor的主界面主要分为5个区域：（1） 串口操作，主要用于串口的打开和关闭。（2）舵机节点搜索，主要用于搜索当前连接到PC机的舵机设备。（3）操作页面切换按钮，主要用于不同页面之间的切换。（4）舵机常用操作页面。（5）系统按钮，用于软件的最小化和退出。5.2.2设置舵机/电机ID将舵机、调试器和电脑连接在一起，打开RobotServoTerminor软件，在主界面舵机列表中点击选中要设置的舵机，输入要设置的ID，点击输入框旁边的“Set”按钮即可完成设置。如图所示，四个轮子的ID依次如图所示：5.2.3测试智能小车和电脑的连接 （1）用网线连接控制器和PC机，打开控制器，

47、稍等片刻控制器启动完毕。打开NorthSTAR，新建一个基于MultiFLEX2-PXA270控制器的程序。 （2）通过网络配置功能配置MultiFLEX2-PXA270控制器的IP，建立无线网络连接。选择“设置”“控制器网路配置”如图所示，控制器的默认IP为192.168.0.111（有线网IP），点击获取状态，稍等片刻，如果窗口中所有禁用控件全部可用，就表示连接成功，此时可以通过“以太网口IP”设置控制器的有线网IP，或者通过“无线网卡IP”设置无线网IP。 （3）如果要通过无线网来控制控制器，需要先配置好PC机的无线网IP。PC机的IP应设置为192.168.1.*，*应该在0255 之

48、间，子网掩码255.255.255.0，其它的可以不设置，注意IP不要和控制器重复。（4）在控制器上新建一个网络连接。点击图2.81 的“新建连接”，输入网络名(SSID)后点击确定。窗口会自动刷新，列表中会出现刚才输入的网络名，选择后点击连接（注意：这里可以从PC的无线网列表中选择刚才输入的网络名然后连接，同样可以建立连接，某些时候通过PC机连接更方便）。稍等片刻，列表中会提示已连接，此时PC机状态栏里的无线网图标状态会显示连接成功。在这个过程中，不需要使用任何一个传感器和舵机，在所有配置页中都使用默认值，一直点“下一步”即可。最后直到创建完成。如下图所示：工程创建完成之后，我们可以在流程图

49、视图中将“START”与“END”控件；连结，这是一个调试程序，所以不要太复杂，然后进行编译和下载，即可完成。如图所示：5.2.4测试智能小车各个模块的程序 首先来完成舵机的程序调试打开NorthSTAR 工作环境，在“Project Configuration”中选择“MultiFLEX2-PXA270”控制器、“Customized”自定义机器人。这里也要把舵机都设置为电机模式，舵机ID的设置根据实际情况设置，本例才用缺省设置；AD设置跳过，IO设置如下图然后创建“条件循环”和“循环结束”模块，设置条件循环模块属性如下图：创建“变量”模块，设置其属性如下图：创建“变量”模块，设置其属性如下

50、图：创建“数字输入”模块，设置其属性如下图：创建“数字输入”模块，设置其属性如下图：创建“条件判断”和“条件结束”模块，设置“条件判断”模块属性如图：创建“舵机”模块，设置其属性，连接模块如下图：连接后：声音识别的程序调试：1.启动NorthStar； 2.新建工程，工程设置中控制卡选择“MultiFlex2-PXA270”，构型选择“自定义”，舵机设置，AD设置和IO设置跳过即可，3.创建“条件循环”和“循环结束”模块，设置“条件循环”模块属性如图4.创建“变量”模块，设置属性5. 创建“语音”模块，添加“前进”，“后退”，“左转”，“右转”，“加速”，“减速”，“停止”七条语音条目（由于M

51、ultiFlexNG所用的语音引擎只支持中文，所以语音条目只能输入中文），语音识别结果选择上一步添加的变量6.创建“多支判断”和“多支结束”模块，设置“多支判断”模块属性。7.创建“舵机”模块，设置模块属性。8.创建“舵机”模块，设置属性9.创建“延时”模块10.然后将所有模块连接起来接下来进行温度传感器的程序调试在开始程序编制之前我们需要对温度传感器进行查询，主要是给温度传感器设置一个临界值X，使其当它感应到的温度大于设定值X时，触发报警装置。下面是具体步骤：1、下载服务程序 用多功能调试器将控制器和与电脑USB插口连接起来，将调试器的工作状态设置在AVRISP模式下。选择NorthStar

52、软件界面的“工具”到“查询传感器”，进入到如下传感器查询界面，将端口号对应设置为4后点击“启动服务”，NorthStar 便开始往控制器下载服务程序，这时候您会看到多功能调试器的两个指示灯变红、闪烁，调试器的灯都变绿，输出窗口提示下载完成说明服务程序下载成功。2、查询实验热风的AD值点击“打开”后将调试器改为RS232模式，点击“查询AD”，可以看到 AD0有数据变化。如下图所示：实验的热风是通过电吹风机发出的，用电吹风机对着温度传感器吹热风，可以看到 AD0的值缓慢上升。通过 LM35数据手册，我们可以知道 10mv/。从上图可以看到，当前 AD 值是 46，由于 1023 对应 5V，可以

53、得出 AD 值为 46 时，电压为 225mv，由此可以得出当前室内温度是22.5，当我们用电吹风机对温度传感器吹热风后，AD上升至了82，通过计算得出其感知的热风温度为40符合报警数值的要求，然后退出传感器的查询界面。开始进行程序的编制，首先打开NorthStar软件，新建任务。步骤及方法同上，这里不做示图说明。控制器选择依旧是MultiFLEXTM2-AVR，舵机数量设置为0，详细解读模拟量的设置，其设置界面如下：AD通道个数设置为1，AD通道号设置为4。然后点击下一步进入到数字量的设置，两个数字量的输出，所以IO通道个数设置为2，通道号改为1和4，模式都改为输出。然后点击完成就结束了任务

54、的新建。进入到了同5.2.1的程序编制界面后开始进行图形化程序的编制。如下图所示从控件窗口拖出所有需要的的模块，按图顺势连接各模块。下面开始对某些模块进行相关的设置，设置变量模块，双击该模块进入设置，变量类型改变bool，名称设为“温度”的拼音缩写“wd”。因为模拟量是浮点型，能连续变化的数值。模拟模块输入设置为通道4，当前数值也设为温度的首拼音“wd”。下图为if模块的设置：因为上面给温度传感器设置的临界报警值为摄氏度，AD值为82，所以报警的条件就是ad的AD值大于80，即如上图所示进行设置。接着设置if条件成立所执行的左下脚引线部分。设置输出模块的通道为1，当前数值为0，意为亮灯。加延时

55、模块设置时间5000ms，使得此灯持续亮5秒。接着是用闪灯4来代替蜂鸣器的编程。输出模块2的通道为4，当前数值为0，加延时模块500ms即亮0.5秒，然后继续添加输出模块2，当前数值为1，意为熄灯，加一个500ms延时模块，使灯熄0.5s，以此类推，使得灯4闪烁两次后熄灭。然后连接到if条件结束模块左上角引线。由于当wd值小于或等于80时，温度不过40摄氏度，没有什么变化，所以if下面的右侧引脚直接接到if条件结束模块右上引脚。最后就是各结束模块依次的连接。程序编完成后，保存编译后我们通过USB连接多功能调制器在其AVRISP的工作状态下成功的将程序传输给控制器，最后关闭控制器开关。下面我们开

56、始具体的实验测试。1、将小车放置在实验桌上，打开控制器的开关。2、用吹风机吹热风至温度传感器上。3、观察到LED灯1亮，同时LED灯2开始闪烁。灯1持续亮了约5秒，灯2闪烁了两次。通过以上的实验结果表明，软件程序和硬件设备都是没有问题的，我们实现了所期望的智能小车对温度变化的感知结果，即当室内温度大于40，灯1亮且蜂鸣器响来进行报警显示。实验完成后，检查并关闭控制器开关，将其上输入输出接口上的插头拔下来归置完好后清理实验桌面，为下一次实验做好准备。 总体软件程序调试：（1）首先进行舵机软件调试，打开NorthSTAR 工作环境，在“Project Configuration”中选择“Multi

57、FLEX2-PXA270”控制器、“Customized”自定义机器人。这里也要把舵机都设置为电机模式，舵机ID的设置根据实际情况设置，本例才用缺省设置；AD设置跳过，IO设置如下图（2）然后创建“条件循环”和“循环结束”模块，设置条件循环模块属性(3)创建“变量”模块，设置其属性(4)创建“数字输入”模块，设置其属性(5)创建“条件判断”和“条件结束”模块，设置“条件判断”模块属性(6)创建“舵机”模块，设置其属性(7)把所有模块按顺序连接起来，进行测试。（8）开始进行声音识别的程序调试，新建工程，工程设置中控制卡选择“MultiFlex2-PXA270”，构型选择“自定义”，舵机设置，AD

58、设置和IO设置跳过即可（9).创建“条件循环”和“循环结束”模块，设置“条件循环”模块属性(10）创建“变量”模块，设置属性(11)创建“语音”模块，添加“前进”，“后退”，“左转”，“右转”，“加速”，“减速”，“停止”七条语音条目（由于MultiFlexNG所用的语音引擎只支持中文，所以语音条目只能输入中文），语音识别结果选择上一步添加的变量(12)创建“多支判断”和“多支结束”模块，设置“多支判断”模块属性。(13)创建“舵机”模块，设置模块属性。(14)创建“舵机”模块，设置属性(15)创建“延时”模块(16)把所有模块按顺序连接起来，进行测试。(17)进行温度传感器的软件调试，用多功

59、能调试器将控制器和与电脑USB插口连接起来，将调试器的工作状态设置在AVRISP模式下。选择NorthStar软件界面的“工具”到“查询传感器”，进入到如下传感器查询界面，将端口号对应设置为4后点击“启动服务”，NorthStar 便开始往控制器下载服务程序，这时候您会看到多功能调试器的两个指示灯变红、闪烁，调试器的灯都变绿，输出窗口提示下载完成说明服务程序下载成功。（18）2、查询实验热风的AD值（19） 下面开始对某些模块进行相关的设置，设置变量模块。连接所有模块。程序编完成后，保存编译后我们通过USB连接多功能调制器在其AVRISP的工作状态下成功的将程序传输给控制器，最后关闭控制器开关

60、。（20） 开始具体的实验测试。5. 3整体调试 完成软件和硬件调试之后，应该进行智能小车的整体调试。首先检查所有线路接触良好，排除故障，打开开关，对着麦克风进行语音操作，智能小车接收指令良好，能完成“前进，左转，右转，加速，减速，停止，后退”等语音控制的功能。当小车遇见障碍物的时候能自动避开障碍物，实现了自动避障的功能。当小车遇见高温的物体或者环境时，小车能自动后退，保护自身的安全，并且能发出报警的信号，由此可见，具有语音控制及火警功能的智能小车的设计成功完成。第6章 结论 具有语音控制及火警功能的智能小车设计完成之后，感觉科学技术是第一生产力是真理。此次智能小车的设计达到了任务书的任务要求

61、，该智能小车可以具有识别“前进，左转，右转，加速，减速，停止，后退”等语音控制的功能，并具有检测现场温度的功能和自我保护的功能（如温度过高自动后退几步），有火情时闪光、发出声音报警。可以在多种复杂环境下工作，完成人类的指令。比如火场救援，火警报警等。此次设计经历了许多困难的阻挠，但是困难是前进的动力，在解决困难的过程中巩固了以前书本上学到的知识，同时培养了自己的创新意识，让书本上学到的知识真正的运用到了实践之中。设计这个智能小车，首先要了解具有语音控制及火警功能的智能小车设计的研究背景和研究意义，还有和相关领域的国内外学术研究现状。然后根据设计要求寻找合适的传感器、控制器模块、舵机/电机模块。然后是智能小车的搭建过程。搭建的先后顺序一定要正确。还有智能小车的软件设计部分。包括主程序流程介绍，子程序流程介绍。子程序流程包括各类传感器的控制过程和舵机/电机的控制过程。首先要写出这些控制流程。根据这些控制流程，进行软件调试，在调试程序之前，先检查各模块间的连接是否连接无误，有无断路现象。在调试程序的过程中，要注重调试过程与设计过程的合理性检验，在发现程序中存在的问题之后，分析每一个步骤的合理性，准确的给予解决。最后做好智能小车的整体调试。我设计出的具