CN110554695A - 一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能小车控制技术和传感器信息采集技术领域，尤其是一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，针对监测不及时、使用不方便的问题，现提出以下方案，包括：STM32F103主控模块、电源供电模块、WiFi通信模块、传感器模块、电机驱动模块、避障模块、自然语言接口，其特征在于，所述STM32F103主控模块用于控制整个小车系统运行，所述电源供电模块用于为所述小车各个模块供电，所述WiFi通信模块用于小车与承载自然语言接口的PC/手机端建立通信。本发明中，支持自然语言接口，建立一种人与小车之间便利且友好的交流方式，使小车能够准确获得指令和进行信息处理，可以兼容多种传感设备，对室内环境进行实全方位动态监测。
Description
技术领域
本发明涉及智能小车控制技术和传感器信息采集技术领域，尤其涉及一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车。
背景技术
智能小车作为现代的新发明，是以后的发展方向，可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等等的用途。智能小车能够实时显示时间、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、远程传输图像等功能。
环境监测系统是设备机房、智能家居系统中的一项重要组成部分, 在国内外深受重视, 它能够将室内环境监测数据呈现给人们以提供决策支撑。因此, 为了能够持续实时全方位地监测评估室内环境质量, 更加简单易操作地掌握室内的环境情况, 当务之急是建立一个能够随时移动具有较高稳定性的室内环境监测信息采集设备。
人与机器的信息传递越来越偏向于机器适应人的需求，所以人类的自然语言作为人类的一种便利的信息传递方式用于人机交互是最理想的形式。人机交互只要解决了自然语言接口问题，许多问题便迎刀而解，这种交互方式为人类和机器的沟通提供了便利的手段。
人类自然语言和机器人之间的交流需要一个友好的人机接口界面来实现，这个人机接口针对特定的自然语言指令能够将其分解成对应的机器指令，在特定环境中能够帮助机器人更好地完成任务，并且能够提高工作效率，提高任务完成质量。自然语言接口技术运用在服务移动机器人上具有非常深远的意义，建立一种人与机器人系统之间便利而友好的交流方式，使机器人能够准确获得指令和进行任务处理。从计算机科学以及人工智能的观点看，自然语言接口的任务即是建立一种计算机模型，这种模型能赋予机器人系统类似人类的理解、分析并回答自然语言提问的能力。
发明内容
基于支持自然语言接口的室内避障环境监测小车监测不及时、使用不方便的技术问题，本发明提出了一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车。
本发明提出的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，包括：STM32主控模块、电源供电模块、WiFi通信模块、避障模块、传感器模块、电机驱动模块和自然语言接口。所述传感器模块包括火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和温湿度传感器；所述火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和温湿度传感器均与STM32主控模块相连接；所述电源模块、WiFi通信模块、避障模块、传感器模块和电机驱动模块均与STM32主控模块直接相连接；自然语言交互模块通过WiFi通信模块与STM32主控模块建立连接，所述电机驱动模块由所述主控模块控制实现所述电机正反转及调速以及通过所述小车本体两侧电机的差速，实现所述小车本体的方向转动，所述避障模块包括超声波避障模块和红外避障模块，在所述小车本体行驶中测量障碍物离所述小车本体的距离，并将距离信息发送给所述主控模块，并由所述电机驱动模块驱动所述电机进行对应的操作实现自动避障，所述自然语言接口用于将我们的语音转换为文字并进行程序检索以及将设定的提示语转换为语音播放给用户，再进行语义解析，根据用户的聊天内容从网络知识库抓取相应的信息进行回复。
优选地，所述STM32主控模块采用STM32F103单片机，性能稳定、控制精确，STM32主控模块采用STM32F103芯片，性能稳定，控制精确。
优选地，所述电源模块采用一节3.7 V可充电锂电池。
优选地，所述WiFi通信模块采用 ESP8266模块，主要用于操作人员对智能小车发动运动指令，与STM32控制器连接，从而实现操作者与智能小车之间的无线通信，对传感器所采集的数据进行上传，并使小车与自然语言接口建立通信连接。
优选地，所述电机驱动模块采用TB6612模块，电机驱动模块主要驱动直流电机实现小车的前进、后退、转向等运动能力。通过STM32输出的PWM 脉冲配合直流电机驱动芯片，实现智能小车的运动能力。
优选地，所述自然语言接口采用手机/PC端通过程序调用了开源语音识别接口。开源语音识别接口提供将语音转换为文字进行程序检索以及将设定的提示语转换为语音播放给用户，再进行语义解析，根据用户的聊天内容从网络知识库抓取相应的信息进行回复的服务。
优选地，所述传感器模块包括火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器，用于采集室内环境数据，并通过WiFi通信模块上传到PC/手机，所述火焰传感器采用FFS06火焰红外传感器，甲烷传感器采用MQ-4天然气传感器模块，二氧化碳传感器采用TGS4160传感器模块，一氧化碳传感器采用MQ-7气体传感器模块，温湿度传感器采用DHT11数字温湿度传感器，甲醛传感器采用电化学传感器MS1110模块。
优选地，所述避障模块包括超声波避障模块和红外避障模块，在所述小车本体行驶中测量障碍物离所述小车本体的距离，主控模块对超声波传感器和红外传感器收发的信号进行判断处理，得出与障碍物间的距离，并改变所述电机驱动模块输出，所述电机执行相应的操作实现自动避障，所述红外避障模块采用比较器为LM393的红外循迹避障模块，超声波避障模块采用HC-S204测距模块。
优选地，所述电机驱动模块与安装于所述小车本体两侧的电机相连，所述电机驱动模块由所述主控模块控制实现所述电机正反转及调速以及通过所述小车本体两侧电机的差速，实现所述小车本体的方向转动。
与现有技术相比，本发明提供了一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，具备以下有益效果：
1、该支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，支持自然语言接口，建立一种人与小车之间便利且友好的交流方式，使小车能够准确获得指令和进行信息处理。
2、该支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，采用红外和超声波双重避障，由于超声波模块发射声波是平行返回的，如果不是平行返回的话，接收到的信号就会很弱，会导致测距的不准确性，采用红外模块来弥补超声波避障的死区部分。
3、该支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，可以兼容多种传感设备，对室内环境进行实全方位动态监测。
附图说明
图1为本发明提出的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车的整体结构示意图；
图2为本发明提出的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车的自然语言接口结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
参照图1，在本发明实施例1中，一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车包括STM32主控模块1、电源模块2、WiFi通信模块3、自然语言接口4、传感器模块6、避障模块12以及电机驱动模块16。
在本发明实施例1中，主控模块1是由STM32F103芯片作为主控来控制小车，主要是小车自主行驶和自然语言接口通过WiFi通信模块发送信号来控制小车的前进、后退、左右转等功能两种方式。
在本发明实施例1中，电源模块2包括一节3.7 V可充电锂电池，电池通过MT3608芯片稳定输出直流电流给电机供电，方便携带，轻巧灵活，设计合理。通过对单片机开发板编写系统程序，调试出合适的程序，才能很好地处理信号和控制小车，以及各类传感器。
在本发明实施例1中，WiFi通信模块3用于小车与自然语言接口和PC/手机建立通信。
在本发明实施例1中，自然语言接口4用于将我们的语音转换为文字并进行程序检索以及将设定的提示语转换为语音播放给用户，再进行语义解析并进行回复。
在本发明实施例1中，传感器模块6包括火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和温湿度传感器，用于采集室内环境数据。
在本发明实施例1中，避障模块12采用超声波避障和红外避障两个部分，超声波传感器和红外传感器检测障碍物以及周围环境情况，通过对收集的信息进行处理，控制智能小车的左右两个电机，控制小车避开前方障碍物，实现避障功能。
在本发明实施例1中，电机驱动模块16与安装于所述小车本体两侧的电机相连，所述电机驱动模块由所述主控模块控制实现所述电机正反转及调速以及通过所述小车本体两侧电机的差速，实现所述小车本体的方向转动。
实施例2
参照图2，在本发明实施例中，一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车包括；自然语言接口包括手机/PC19、开源语音识别接口20、服务器21以及图灵机器人22。
在本发明实施例2中，自然语言接口的具体实现过程是：用手机/PC端通过程序调用了开源语音识别接口。开源语音识别接口提供将语音转换为文字进行程序检索以及将设定的提示语转换为语音播放给用户，再进行语义解析，根据用户的聊天内容从网络知识库抓取相应的信息进行回复的服务，再利用ESP8266无线通信模块把语音模块判断处理得到的指令通过无线方式的传送到STM32F103单片机上，STM32F103单片机通过控制电机驱动模块的控制使能端来控制小车上的电机，从而实现对小车前进、后退、左转、右转和停止等基本动作的控制。
在本发明实施例2中，自然语言接口支持识别并转换语音，由ESP8266无线通信模块将指令发出，小车上的ESP8266无线通信模块接收指令给STM32F103单片机，STM32F103单片机通过对电机驱动模块使能端的控制来驱动小车上的电机，从而实现对小车的控制。
在本发明实施例2中，通过WiFi通信模块将控制指令发出，小车上WiFi通信模块接收指令并发给单片机系统，单片机系统通过对电机驱动模块使能端的控制来驱动车轮电机，从而实现对小车的控制；传感器模块采集到的室内环境数据闪存在单片机系统中，通过WiFi通信模块将数据上传至PC/手机。
本发明实施例2实现小车的自主避障行驶、语音控制、室内环境实时监测功能。经过测试，其对语音的识别率平均可以达90％；传感器采集的数据实时上传更新；自主行驶双重避障，能够有效躲避障碍物，达到了较好的实验效果。本系统的结构简单，便于控制，可以应用于各种领域中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，包括：STM32F103主控模块、电源供电模块、WiFi通信模块、传感器模块、电机驱动模块、避障模块、自然语言接口，其特征在于，所述STM32F103主控模块用于控制整个小车系统运行，所述电源供电模块用于为所述小车各个模块供电，所述WiFi通信模块用于小车与承载自然语言接口的PC/手机端建立通信，所述传感器模块包括火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、一氧化碳传感器和温湿度传感器，所述电机驱动模块与安装于所述小车本体两侧的电机相连，所述电机驱动模块由所述主控模块控制实现所述电机正反转及调速以及通过所述小车本体两侧电机的差速，所述避障模块包括超声波避障模块和红外避障模块，在所述小车本体行驶中测量障碍物离所述小车本体的距离，并将距离信息发送给所述主控模块。
2.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述STM32主控模块采用STM32F103单片机。
3.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述电源模块采用一节3.7 V可充电锂电池。
4.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述自然语言接口通过调用了开源语音识别接口，开源语音识别接口提供将语音转换为文字进行程序检索以及将设定的提示语转换为语音播放给用户，再进行语义解析，根据用户的聊天内容从网络知识库抓取相应的信息进行回复的服务。
5.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述传感器模块包括火焰传感器、甲烷传感器、甲醛传感器。
6.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述WiFi通信模块为ESP8266模块。
7.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述避障模块包括超声波避障模块和红外避障模块，所述小车本体行驶中测量障碍物离所述小车本体的距离，主控模块对超声波传感器和红外传感器收发的信号进行判断处理。
8.根据权利要求1所述的一种支持自然语言接口的室内避障环境监测小车，其特征在于，所述电机驱动模块与安装于所述小车本体两侧的电机相连，所述电机驱动模块与主控模块通过导线电性连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191210 |
|
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