基于STM的智能服务型多功能多足机器人

基于STM的智能服务型多功能多足机器人

论文介绍了基于STM32单片机的智能服务型多功能多足机器人的设计和制作。采用STM32作为控制核心，通过对语音模块、显示屏模块、光照度传感器、烟雾传感器、红外遥控模块以及伺服电机等的控制，设计制作多功能型机器人。通过语音模块控制机器人的执行动作，也可通過观察显示屏模块显示检测的变量而命令机器人提供相应的服务。使用太阳能为整个系统供电。为了人类的安全并使设计更加完善，本设计还加入了防盗报警系统。

【Abstract】The paper introduces the design and fabrication of multifunction multi-legged robot of intelligent service based on the STM32 singlechip. Using STM32 as the control core，the multifunction robot is designed and manufactured by controlling the speech module，display module，illuminance sensor，smoke sensor，infrared remote control module and servo motor and so on. The robot can be controlled by the voice module，and the robot can be ordered to provide the corresponding service by observing the variables detected by the display screen module. Using solar energy to supply the whole system. In order to ensure the human security and perfect the design，this design also adds alarm system.

标签：STM32单片机；传感器；多足机器人

1 引言

面对科技迅速发展的当今社会，所谓的高科技还未真正解决那些弱势群体的生活问题：空巢老人缺少子女的陪伴，日常生活需要有人照顾；盲人出行时需要靠外界传递导航信息等。考虑到这些细节，我们由此引发了设计理念：设计一款多功能的服务型多足机器人，在那些弱势人群需要帮助时及时做出相应的救援措施，以及陪伴他们的日常生活，做他们的贴身小管家。此款机器人利用STM32单片机作为核心控制单元，结合多种传感器以及舵机实现它的多功能工作状态，在轻便小巧的外型下蕴涵多种智能服务模式。服务型机器人可以根据人类的意愿来执行任务

如今空巢老人的生活问题已经非常严重，无人陪伴使得他们的安全极其令人担忧。残障人士的生活不便，也成为人人担忧的社会问题。此款机器人不但可以成为老人们忠实的伙伴，还可以依照他们的需求，做一些诸如打扫卫生、生活小提醒等服务，可以很好地满足他们生活中的需求；还可以在他们遇到危险时展开紧急救援；本设计安装了红外报警系统，保护了个人安全。同时整个系统利用太阳能电池板作为能源提供装置，不仅可以实现整个系统的持续运转，更能起到节约能源以及绿色环保的作用。

2 总体设计

2.1系统方案分析

硬件方面采用STM32单片机作为控制器，芯片采用型号为STM32F103ZET6型芯片。通过伺服电机、光照度传感器、语音模块、烟雾传感器等实现对机器人的控制，并且将需要的数据在TFT彩屏上显示。程序设计开发使用常用的STM32系列开发软件Keil5。使用2.8寸TFT彩屏显示有效数据。整个软件划分为若干模块，分别调试，最后集成。综合考虑此方案可行。

2.2 设计不足及解决方法

传统的8位51单片机没有足够的中断，处理能力也相对较差，无法驱动多个传感器。为了达到设计需要，选择了32位的STM32F103ZET6单片机[1]，但增加了开发成本。在此次设计制作中完全可以使用成本较低、性能较差的STM32F103C8T6型芯片，更为廉价的也可以。在为机器人提供动力方面，我们综合多个方面最终决定使用伺服电机，此电机价格昂贵，但我们经测试发现很适合机器人的结构，并便于拆装。由于是购买的开发板，很多外设并没有实际作用，这在无形中就造成了浪费，不利于推广生产。在之后的设计制作中应该注意这些问题，并且有效解决。

3 系统功能分析

3.1 主控芯片STM32F103ZET6介绍

开发板选择的是STM32F103ZET6作为MCU，该芯片是STM32F1系列里配置最强大的。该芯片的配置也十分强悍，并且还带外部总线（FSMC）可以用来外扩SRAM和连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高LCD 的刷屏速度[2]。配置完全符合需求，可以实现多传感器多中断的综合控制。

3.2 太阳能供电系统

使用20W的家用小型太阳能发电系统，配合12V12AH的蓄电池，在正常情况下完全满足供电需求。即使是在晚上或是阴雨天没有光照的情况下，系统也能通过蓄电池供电正常运转12个小时以上[3]。这也是此设计制作的创新点之一，使整个系统实现了“0”碳排放，非常符合现在的节能减排需求。

3.3 语音控制模块

该模块主要由LD3320语音识别模块和STM32最小系统构成。LD3320芯片是一款“语音识别”专用芯片，本芯片在设计上注重节能与高效，不需要外接任何的辅助芯片如Flash、RAM等，直接集成在现有的产品中即可以实现语音识别/声控/人机对话功能。