CN205721373U - 一种桌面式机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桌面式机器人，包括一个语音采集识别模块、主控模块、驱动模块、通过驱动模块驱动的动力控制模块和一个红外传感器，所述语音采集识别模块采用LD3320芯片作为主控制芯片；LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，麦克风接收语音指令输出给LD3320芯片，LD3320芯片将输出结果传输给主控模块，本实用新型辅以LD3320语音模块，由特定的麦克风接收到相应的语音命令，经过LD3320芯片进行语音识别后芯片内部的16位A/D将相应的语音命令转换为对应的数字信号传输到LM3S811中，从而改变PWM的占空比再通过L298N的协助从而达到运用语音操桌面式机器人的运行。

Description

一种桌面式机器人

技术领域

本实用新型涉及一种桌面式机器人。

背景技术

目前，语音识别技术和小型机器人已经广泛的应用在军事、工业生产以及普通民用的行列中，其应用面宽广，发展前景远大，在各个行业中担当着极其重要的角色。小型轮式机器人以体积小、成本低、机动性能强等优点被运用各种特殊的环境下，从而取得了行内外生产厂家和研究者的喜爱和研究。而语音识别技术被认定为2006年至2016年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一，从而得到了快速稳健的发展。结合于此，公司组建技术团研发一个运用语音识别技术控制桌面式机器人的项目。通过语音控制及空间定位方案使桌面式机器人能达到打开、收起，到达预定位置、语音控置前进、后退、充电，擦干净桌面、送餐等功能，打开桌面后有智能触摸平板液晶显示、PC功能、点餐、学习、互动、会议、游戏等；主要应用于智能餐厅、家居、游戏厅、休息场所、办工、会议、学校教育、课桌等领域。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种由LD3320非特定语音采集模块和L298N模块以及LM3S811组成的系统可以很好地演示出由语音对轮式机器人基本运行功能的控制，PWM对轮式机器人的运行控制精准，对PWM改变其占空比可以非常精准的改变其前进或者后退的速度的桌面式机器人。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种桌面式机器人，包括一个语音采集识别模块、主控模块、驱动模块、通过驱动模块驱动的动力控制模块和一个红外传感器，所述语音采集识别模块采用LD3320芯片作为主控制芯片，通过SPI串口通信；

LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，其中包括16位的A/D、D/A转换器、麦克风和音频输出接口，麦克风接收语音指令输出给LD3320芯片，LD3320芯片将输出结果传输给主控模块；

所述主控模块采用LM3S811芯片作为主控芯片，LM3S811芯片上端安装有PWM模块、ADC模块、GPIO模块及SSI模块，LD3320芯片接收麦克风传递来的语音信息通过内部A/D转换模块转换为数字信号传输给LM3S811芯片，LM3S811芯片输出PWM的占空比来控制驱动模块运转；

所述驱动模块输出端连接动力控制模块，动力控制模块信号输出端连接红外传感器，红外传感器信号输出端连接主控模块内置的ADC模块，LD3320芯片与LM3S811芯片间通过SPI的串口通讯。

作为优选的技术方案，所述驱动模块采用L298N直流电机驱动器，该直流电机驱动器采用L298N芯片，LM3S811芯片内部的PWM模块产生PWM波来驱动L298N直流电机驱动器控制动力控制模块。

作为优选的技术方案，所述动力控制模块采用直流减速电机，直流减速电机通过L298N直流电机驱动器控制。

本实用新型的有益效果是：本实用新型辅以LD3320语音模块，由特定的麦克风接收到相应的语音命令，经过LD3320芯片进行语音识别后芯片内部的16位A/D将相应的语音命令转换为对应的数字信号传输到LM3S811中，从而改变PWM的占空比再通过L298N的协助从而达到运用语音操桌面式机器人的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体系统框图；

图2为本实用新型的控制流程图；

图3为本实用新型的中断框架图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1-图3所示，包括一个语音采集识别模块、主控模块、驱动模块、通过驱动模块驱动的动力控制模块和一个红外传感器，所述语音采集识别模块采用LD3320芯片作为主控制芯片，通过SPI串口通信；

LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，其中包括16位的A/D、D/A转换器、麦克风和音频输出接口，麦克风接收语音指令输出给LD3320芯片，LD3320芯片将输出结果传输给主控模块；

所述主控模块采用LM3S811芯片作为主控芯片，LM3S811芯片上端安装有PWM模块、ADC模块、GPIO模块及SSI模块，LD3320芯片接收麦克风传递来的语音信息通过内部A/D转换模块转换为数字信号传输给LM3S811芯片，LM3S811芯片输出PWM的占空比来控制驱动模块运转；

所述驱动模块输出端连接动力控制模块，动力控制模块信号输出端连接红外传感器，红外传感器信号输出端连接主控模块内置的ADC模块，LD3320芯片与LM3S811芯片间通过SPI的串口通讯。

驱动模块采用L298N直流电机驱动器，该直流电机驱动器采用L298N芯片，LM3S811芯片内部的PWM模块产生PWM波来驱动L298N直流电机驱动器控制动力控制模块；动力控制模块采用直流减速电机，直流减速电机通过L298N直流电机驱动器控制。

本设计的直流电机控制模块是由L298N芯片组成的驱动器组成，采用由LM3S811内部PWM产生PWM波来驱动直流电机的速度和方向。且L298N驱动器模块还具有以下特点：抗干扰能力强、具有过电压和过电流保护、PWM脉宽平滑调速等特点。由电池组提供驱动器所取的5V电压，而其控制电压则由PWM波来提供，方便其调速和调整方向。

初始化模块

LM3S811的初始化主要包括初始化部分GPIO管脚， PWM， 通用计时器。系统时钟设置为6MHZ， 不分频，配置PWM，该机器人需要4路PWM波来控制小车行为，初始化占空比为40%。初始化两个计时器来提供中断，并且可以缓冲小车的一个动作与另一个动作之间的衔接，计时器初始化为32位，周期计时器。在使用SPI通讯时，SPI的模拟需要4个GPIO的管脚，来与LD3320之间进行数据交换，所以配置GPIOA2口为输出模式且下降沿有效，发出CLK信号给从机， GPIOA3为输出模式，发出片选信号给从机，并且低电平有效。GPIOA4配置为输入模式，接受从机发回的数据。LD3320的需要通过主机将片选信号拉高，然后在拉低，再拉高，从而使LD3320初始化，并且将需要识别的关键词的拼音与词的拼音编号的数组存放在寄存器中，供识别使用。

中断模块

在LMS3811中，中断主要由通用计时器（TIMER）和GPIO口发出。LD3320中，中断由ASR语音识别提供。当LD3320的麦克采集到声音的时候，ASR就会运行，并对采集到的声音识别，无论识别的声音是设置好的声音，ASR都会产生一个中断，通过LD3320的INTB口发送一个低电平信号给LM3S811的中断GPIO口，触发该口的终端，进入中断函数中，执行读取操作，读取LD3320中的识别结果寄存器0XC5，得到值用switch中选择相应设备操作的函数，通过该函数使用TIMER0计时器，0.5秒后，出发TIMER0中断，执行中断函数，改变PWM的占空比，开改变设备的行为。一次识别结束，如图3所示。

语言模块使用LD3320芯片，通过SPI串口通信，来完成整一个语音识别过程。当麦克采集到语音的时候，将采集到声音经过DIS算法，与初始化时存储在寄存器中的关键词来对比，将对比的结果分级，最优的识别结果相应编号放在0XC5寄存器中，当完成一次识别的同时，

ASR发出一个中断信号给配置了GPIO中断的管脚，管脚得到中断后，执行函数，通过读取0XC5中的值，来执行相应的函数，改变小车行为。 e) PWM控制模块

通过控制PWM波的占空比来实现小车的行为改变，使用的电机驱动器L298N，该驱动器需要4路PWM波，两路为一组控制小车一个电机，分别初始化PWM2、PWM3、PWM4、PWM5,PWM2与PWM3为一组，PWM4与PWM5为一组，根据L298N的输入控制，当一组PWM波中的一个占空比几乎等于零时，另一个具有明显的方型波时才能将时点击转动，将他们的占空比反过来，就可以实现电机的反转，实现小车后退行为。 当一组的PWM波的占空比设置为零时，一组不变或变大，那么小车就可以进行左转或者右转。当两组的其中一个PWM波同时增大或者减小相同的倍数的时候，就可以实现小车加速或者减速。占空比的更改，在计时器的中断函数中来改变。

SPI模块

LD3320语音模块与LM3S811之间的通讯通过SPI的串口通讯来实现，LM3S811中带有SPI的硬设，但是灵活性很低，LD3320对SPI的时序要求很高，所以使用软件模拟SPI的方法，这样就可以轻松的去调整时序。要使用软件模拟SPI通讯，就需要4条通讯通道，CLK时钟信号 且下降沿有效，CSS片选，且低电平有效，Rx读取数据，Tx写入数据。因为LD3320中是有两个FIFO，将读取通道和写入通道分开。FIFO（First In First Out，先读先出）缓存，以队列的形式将数据从对头写入，队尾读出，起到缓冲的作用，可以为LD3320读写寄存器争取一定的时间，使得读写更加稳定。

LD3320的两个FIFO一个用于存放写入的数据，一个用于存储读出的数据，这样读写数据也不会拥挤。 SPI的通讯分主从机，由主机发送CLK信号， 和CSS片选信号来控制什么时候该读取数据，和跟哪一个外设进行通讯，从机根据CLK信号和CSS信号将需要读写的值取出或者写入。当CLK信号到达下降沿的时候， 且CSS处于低电平时，主机和从机之间可以进行通讯， 通讯的帧格式为指令8bit，地址8bit ,数据8bit。

所以根据这个原理来模拟SPI，初始化的GPIOA2(CLK)，GPIOA3(CSS)口为高电平，在执行写入操作时，首先将GPIOA2(CLK)和GPIOA3(CSS)变为低电平输出，将第一位指令的数值判断，如果为1那么就GPIOA4（Tx）就会输出1信号，然后将GPIOA2(CLK)口写为高电平输出，将这个过程循环8次，这样就完成一个指令的发送，地址和数据的发送过程也是一样的，在完成了所有的数据的发送时，再将GPIOA3(CSS)变为高电平输出。 读取首先也是需要将指令和地址发送出去，然后LD3320才会将对应地址的值发回给LM3S811，这就简单的完成了的模拟图写入数据波形图。

本实用新型的有益效果是：本实用新型辅以LD3320语音模块，由特定的麦克风接收到相应的语音命令，经过LD3320芯片进行语音识别后芯片内部的16位A/D将相应的语音命令转换为对应的数字信号传输到LM3S811中，从而改变PWM的占空比再通过L298N的协助从而达到运用语音操桌面式机器人的运行。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种桌面式机器人，其特征在于：包括一个语音采集识别模块、主控模块、驱动模块、通过驱动模块驱动的动力控制模块和一个红外传感器，所述语音采集识别模块采用LD3320芯片作为主控制芯片，通过SPI串口通信；

LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，其中包括16位的A/D、D/A转换器、麦克风和音频输出接口，麦克风接收语音指令输出给LD3320芯片，LD3320芯片将输出结果传输给主控模块；

所述主控模块采用LM3S811芯片作为主控芯片，LM3S811芯片上端安装有PWM模块、ADC模块、GPIO模块及SSI模块，LD3320芯片接收麦克风传递来的语音信息通过内部A/D转换模块转换为数字信号传输给LM3S811芯片，LM3S811芯片输出PWM的占空比来控制驱动模块运转；

所述驱动模块输出端连接动力控制模块，动力控制模块信号输出端连接红外传感器，红外传感器信号输出端连接主控模块内置的ADC模块，LD3320芯片与LM3S811芯片间通过SPI的串口通讯。

2.根据权利要求1所述的桌面式机器人，其特征在于：所述驱动模块采用L298N直流电机驱动器，该直流电机驱动器采用L298N芯片，LM3S811芯片内部的PWM模块产生PWM波来驱动L298N直流电机驱动器控制动力控制模块。

3.根据权利要求1所述的桌面式机器人，其特征在于：所述动力控制模块采用直流减速电机，直流减速电机通过L298N直流电机驱动器控制。