基于射频识别的室内导游机器人设计

辽宁大学物理学院 尤洪祥 徐攀峰 李丽娜 王 越 刘 畅

基于射频识别的室内导游机器人设计

辽宁大学物理学院 尤洪祥 徐攀峰 李丽娜 王 越 刘 畅

【摘要】本文设计并实现了一个基于射频识别技术的室内导游机器人系统。系统选择AT89C52型单片机作为机器人的控制核心，在上位PC机协助下，利用射频识别技术实现自主定位与路径规划，通过对机器人的实时运动控制，配合语音播放功能，较好的实现了室内导游服务功能。

【关键词】导游机器人；射频识别；语音播放

本文设计并实现了一个室内智能导游服务机器人系统，采用单片机与PC机相结合，借助射频识别技术，构建虚拟坐标系完成机器人的自身定位和自主导航，并利用语音芯片开发了语音解说服务功能。

1、系统整体设计方案

本室内导游服务机器人可完成根据指定路线导航行进、到达特定地点停止并进行语音解说的功能。系统整体设计方案如图1所示。

图1 系统整体设计方案

2、机器人系统硬件设计

系统硬件包括上位机、机器人主体、射频识别模块、语音模块和蓝牙模块。

2.1 射频识别模块

射频识别模块由射频读卡器和射频标签卡两部分组成。在导游服务区域铺设射频标签卡，机器人利用射频读卡器获取代表位置信息的射频标签的电子编码，传输给单片机，以此作为定位参考。射频读卡器采用DM-S28140型射频识别卡，配合EM4100无源只读125KHz标签卡使用，其/ENABLE及SOUT端分别连接至单片机的相应IO口。

当读卡器上电并且/ENABLE线被拉高，模块将处于非活动状态（待机模式）。当/ENABLE线被拉低，RFID读卡器进入有效状态，驱动天线查询标签。读取完毕后，数据经串口传送至单片机进行处理。

2.2 语音模块

语音模块采用WT588D型可擦写语音芯片作为语音模块的核心，配套WT588D VioceChip上位机操作软件可随意更换WT588D语音单片机芯片的任何一种控制模式，把信息下载到SPI-Flash上即可。

2.3 蓝牙模块

机器人蓝牙模块用于下位机和上位机之间的数据通信。机器人蓝牙模块分为主模块和从模块两部分。主模块通过USB-串口转换器与上位机连接，从模块则直接与下位机进行连接。从模块与射频识别模块共用RXD接口。

3、机器人系统软件设计

机器人采用PC机作为上位机、单片机作为下位机，两者共同协作完成相应功能。上位机主要负责数据的分析和处理，并根据分析结果和处理结果生成相应指令，下位机则主要负责采集位置信息，并对上位机的指令作出应答（执行或回应），直接控制和检测各个分模块的工作和运行。上位机、下位机之间则通过蓝牙模块进行数据传输通信。

3.1 射频识别程序设计

机器人行走时，射频识别卡将处于开启状态。机器人行走在标签卡上，一旦检测到标签卡，会触发串口中断，机器人立刻停止前进，读取标签的电子编码即ID号，每个射频标签卡都具有唯一的ID号。当检测到结束位时，单片机控制拉高/ENABLE位电平，关闭读卡器以释放串口资源，再将ID号写入串口，经蓝牙模块发送至上位机，做相应的分析和处理。当机器人接收到来自上位机的前进指令时，机器人首先前进一小段距离，以避开上次读取ID的位置。

3.2 运动控制程序设计

机器人驱动电机采用一对伺服舵机，通过控制高电平持续的时间来控制电机的运动状态。左右电机通过单片机相应端口进行控制，通过单片机控制器程序向电机引脚重复发送特定脉冲序列，即可控制电机的旋转方向和转速。

3.3 语音播放程序设计

语音播放由单片机接收上位机相应控制指令，再由单片机直接控制完成。在三线串口控制模式下，语音芯片的控制引脚由片选CS、时钟CLK 、数据DATA、忙信号BUSY组成。播放语音时，单片机首先拉底RESET位1-5ms，延时17ms之后，拉底片选信号CS位，再经延时2ms之后，即由CLK引脚发送时钟脉冲，同时由DATA数据引脚发送逐位发送语音地址。当地址数据传动完毕时，语音芯片将自动延时20ms，之后开始播放语音。语音正在播放时，BUSY忙信号位将维持低电平。下位机则通过监测BUSY引脚的电平高低判别语音是否已经播放完毕。

3.4 上位机程序总体设计

机器人定位是由上位PC机及下位单片机协作实现的，利用PC机强大的软、硬件能力，配合单片机共同来实现机器人导游服务功能。位机程序主要负责数据的处理分析，并对下位机发出相应指令。

4、结束语

本文设计并实现的室内导游服务机器人，以射频识别技术为基础构建虚拟坐标系，对机器人的方位、运动情况进行分析和控制，有效克服了以往机器人循迹运动方式不可随意更改路线、灵活性差的缺点，配合语音芯片，能够稳定可靠地完成室内导游任务。

参考文献

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［5］谭浩强.C程序设计［M］.北京∶清华大学出版社，2005.

［6］李全利.单片机原理及接口技术［M］.北京∶高等教育出版社，2009.1.

基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目：L2013003；国家级大学生创新创业项目：X201410140058。

作者简介：

尤洪祥（1991-），男，山东临沂人，硕士研究生，主要从事嵌入式系统开发及应用技术研究。

通信作者：徐攀峰。