基于单片机的迎宾机器人设计

1 迎宾机器人整体方案设计
本次设计的迎宾机器人整体外形是一个机器人卡通头像，尺寸小巧，外形可爱，适合摆放于桌面或台面上。

此机器人采用STC90S52单片机作为控制核心。

机器人的眼睛采用LED 点阵屏制作，可以显示眨眼、微笑等多种表情效果。

机器人的鼻子部位安装了热释红外探测头，可以检测到是否有人靠近。

机器人的嘴巴部位安装了喇叭，可以进行语音说话、唱歌等功能。

2 迎宾机器人硬件设计
系统的硬件部分包括主控器模块、显示模块、语音模块和传感检测模块。

2.1 主控器模块设计
本次设计采用STC90S52单片机作为主控芯片，其具有优异的性价比、功耗低等优点。

STC90S52单片机为40脚双列直插芯片,共有4个8位的I/O 口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O 线都能独立地作输入或输出。

18引脚和19引脚接时钟电路， 9引脚接复位电路，20引脚为接地端，40引脚为电源端。

31引脚接高电平，代表使用内部ROM。

2.2 显示模块设计
本次设计采用两个16*16的点阵屏作为机器人的眼睛。

点阵屏显示功能较好，可显示大量汉字和字符、图形，显示多样，清晰可见，并且成本相对较低，适用于各类仪器、小型设备的显示领域。

此次设计通过程序控制使两块点阵屏显示睁眼、眨眼、微笑三种表情效果。

显示模块接线图如下图1所示。

其中显示屏+5V、GND 连接电源5V。

单片机端口P0.0-P0.3分别连接点阵屏A、B、C、D 端口，用于控制16行。

通过2路HC138控制 SCK 时钟，SCK 端口连
接单片机P2.5端口。

点阵屏LATCH 锁存连接单片机P2.6端口。

点阵屏R1红色数据信号连接至单片机P0.4端口，G1绿色数据
信号连接至单片机P2.4端口，OE 使能端连接至单片机P2.1端口，使用此引脚控制拖尾现象。

图1 点阵屏显示模块接线图
2.3 语音模块设计
本次设计采用MY-F1090语音播放板作为语音模块，如图2所示。

MY-F1090语音播放板是一款应用于大功率场合的语音播放板。

具有12-24V 宽电压功率，最大10W 功率输出。

可插TF 卡，可插U 盘，可以通过USB 连接电脑拷贝声音。

带有音量调节电位器，支持多段控制。

支持 MP3 、WAV 高品质音频格式文件。

本次设计中采用I/O 触发模式，即给K1-K5端口提供高电平喇叭就播放，在响的过程中再给高电平不能打断，直到响完为止，响完再给高电平才有效。

将K1-K5端口接到单片机的P1.0-P1.5端口，通过单片机端口输出高电平来控制语音模块播放欢迎词和歌曲。

选用了8欧10W 的喇叭作为机器人的嘴巴播放欢迎词和歌
感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。

光敏控制可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。

温度补偿：在夏天当环境温度升高至 30～32℃，探测温度补偿可作一定的性能补偿。

两种触发方式：（可跳线选择）a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平；b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。

（5）具有感应封锁时间（默认设置:2.5S 封锁时间）：感应模块在每一次感应输出后（高电平变成低电平），可以紧跟着设置一个封锁时间段，在此时间段内感应器不接受任何感应信号。

此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。

（6）工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。

（7）微功耗:静态电流<50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。

（8）输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

此传感检测模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此期间模块会间隔地输出0-3次，一分钟后进入待机状态。

传感检测模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元（A 元 B 元）位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏。

本次设计中通过人体感应模块检测是否有人靠近，将检测到的信号送给单片机，单片机根据检测信号，控制显示模块和语音模块做出相应反应。

传感模块外接示意图如下图3所示，OUT 信号输出端通过一个反相器接到单片机的P3.2脚。

机器人使用传
图3 传感检测模块接口图
3 迎宾机器人软件设计
3.1 设计思路
使用模块化的程序设计思想，主程序通过调用子程序以实现各部分功能。

先进行软件的总体设计，将软件分为多个功能模块，然后进行各功能模块设计，各功能模块都调试通过后，讲它们根据总体设计的主函数流程组合起来成为最终地应用软件。

3.2 主程序流程设计
当系统启动后，单片机定时器和中断进行初始化设置，点阵屏显示机器人眨眼效果，人体感应传感器处于监控状态。

一但人体感应传感器检测到有人靠近，就会发送一个脉冲给单片机，片机接收到脉冲信号会产生中断，调用中断服务程序，控制点阵屏显示机器人眼睛微笑效果，同时控制语音模块播放欢迎词。

欢迎词播放完毕，退出中断进入主程序，机器人恢复眨眼效果，人体感应传感器再次处于监控状态，等待下次有人靠近。

4 结束语
本次设计的迎宾机器人外形小巧可爱，在实际使用中，可以摆放在大门处或大厅内，其表情丰富，根据不同的使用场合可以自由设置需要播放的语音内容，使用方便。

同时机器人采用51单片机作为主控器，硬件电路均是模块化搭建，结构简单，可靠性、稳定性较好，且成本较低，具有一定的实际应用价值。

参考文献
[1]（美国）麦库姆（Gordon McComb）.小型智能机器人制作全
攻略(第4版)[M].北京:人民邮电出版社,2013.[2]（波）罗格尔斯基.红外探测器（原书第2版）[M].北京:机械
工业出版社,2014.
[3]刘建清.轻松玩转51单片机C 语言[M].北京:北京航空航
天大学出版社,2011.
[4]卢飞跃,刘志峰.基于AT89S52单片机的迎宾机器人设计[J].
工业自动化,2010(03).。