助老机器人_原创文档.pdfVIP

结构说明：

基于LD3320的助老助残智能语音机器人主要有主控制模块、电机驱动模块、语音识别

模块、无线传输模块、机械臂运动模块及机械手抓取模块等六大模块组成。

(1)主控系统采用ITAT大赛指定专用的STC15F2K61S2单片机作为主控核心。

(2)机器人腿部运动系统由L298N电机驱动模块驱动两个直流减速电机完成。

(3)LD3320非特定型语音识别模块完成语音识别分析等任务，然后将分析过的语音命令

转化成系统指令给单片机。

(4)NRF24L01无线传输模块有两个NRF24L01组成，用于LD3320语音模块与

STC15F2K61S2单片机之间进行信息传输。

(5)机械臂的运动及机械手的抓取动作都由舵机控制完成，在机器人的胳膊及手腕的主

关节处共安装4个舵机，用于手臂及手的灵活运动。

图1功能流程图

功能与使用说明：

本设计的主要功能为系统能根据非特定人的语音命令完成指定动作。当老年人或残疾人

发出前进、后退、左转、右转等命令时，机器人可以在非结构环境中完成自由巡航。到达指

定地点时，机械臂将根据命令完成抓取所需物品，直至送回主人指定地点并按指令放下。

语音指令及执行如下：

前进：小车直走;

后退：小车后退;

左转：小车左转;

右转：小车右转;

等待：各部分正在执行命令的部件立即停止，等待下一个命令的发出;

起/升：机械臂升起;

落/降：机械臂落下;

夹：机械手张开准备夹起指定物品;

放：机械手饭放下物品;

正转：机械臂整体顺时针旋转;

反转：机械臂整体逆时针旋转。

图2整体组图

平台选型说明

选用大赛指定的单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)。STC15F2K61S2单

片机是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代单片机，采用第八代加密技术，加密性超

强，代码指令完全兼容8051，在Keil开发环境中头文件包含即可，但运行速度快8—12倍;

内部集成高精度R/C时钟，温漂小，时钟范围5MHZ到35MHZ可调，可彻底省掉外部昂贵

的晶振和外部复位电路;3路PWM输出，可满足机械臂及机械手舵机的控制;8路高速10位

A/D转换;内置2K字节大容量SRAM;2组高速异步串行通信端口，1组高速同步串行通信端

口SPI，真对多串行通信、电机控制、强干扰场合。

设计说明

设计方案论证：

一、主控系统方案：

采用ITAT大赛指定专用的STC15F2K61S2单片机作为主控核心，具有代码指令完全兼

容8051且运行速度快的特点，尤其是本设计中语音识别技术要求实时性较高，运算速度快

是至关重要的。另外，单片机内部多路PWM输出满足本设计对多个舵机云台的控制要求。

二、电机驱动模块方案：

方案一：使用分立原件搭建电机驱动电路。使用分立原件搭建电机驱动电路造价低廉，

在大规模生产中使用广泛。但分立原件H桥电路工作性能不够稳定，较易出现硬件上的故

障，故我们放弃了这一方案。

方案二：L298N电机驱动模块内部包含4通道逻辑驱动电路，能够接收标准TTL逻辑

电平信号，是驱动直流减速电机的最佳选择。

鉴于模块稳定性考虑，采用方案二。

图3L298N模块电路图

三、语音识别模块方案：

方案一：采用特定人语音识别芯片SR1501。首先，它是一个完整的语音识别系统，除

了识别外还具备语音提示及语音回放等功能。其次，嵌入式语音识别系统具有体积小，可靠

性高，功耗低，价格低，可以做玩具、礼品、学习机、消费类产品控制，易于商品化。由

于语音识别的特点，不建议使用要求可靠性极高的领域。

方案二：LD3320非特定型语音识别模块集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括

AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。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。并且，可以存储50条语音命令，识别的关键词语列表是可以任意动态编

辑的。

综上所述，LD3320非特定型语音识别模块的使用范围更广。

图4LD3320电路图

四、无线传输模块方案：

方案一：ZigBee是一种