劉忠強(qiáng)，張 立，張春曉，孔祥飛，申安安

(沈陽儀表科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110043)

0 引言

隨著人們生活質(zhì)量的提高，越來越多的人開始豐富自己的生活，尤其是生活在大城市的人，他們由于周圍綠色植物的缺失，慢慢地開始在自己家里面種花養(yǎng)草，這對于生活壓力巨大的城市人來說是一種能釋放壓力的方式。但是有時候由于工作、旅游等事情使人沒法照顧植物，導(dǎo)致植物干枯死亡，尤其是在夏天炎熱之際，所以遠(yuǎn)程的智能控制澆花勢在必行[1,2]。機(jī)械手臂在各種領(lǐng)域都能見到它的身影。多種控制方式不僅讓使用者體驗到這個過程的有趣性，也使機(jī)械手臂的控制更具多樣性。本文結(jié)合GSM技術(shù)和語音識別技術(shù)，以及手機(jī)軟件的特點設(shè)計出一種能夠控制機(jī)械手臂澆花的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)功能介紹

本文的控制方式有三種：語音、短信和手機(jī)App。三種方式都可以對機(jī)械手臂進(jìn)行控制，其中語音控制是需要近距離口令；手機(jī)藍(lán)牙控制也需要在一定范圍內(nèi)操縱[3,4]；短信控制則在任何有GSM信號的地方使用，發(fā)條短信即可完成。機(jī)械手臂的動作通過上位機(jī)編程，三種控制方式發(fā)送指令成功后，機(jī)械手臂便可產(chǎn)生相應(yīng)地澆花動作，本文使用的是“玫瑰花”和“蘭花”。系統(tǒng)方框圖如圖1所示，硬件部分的語音指令和短信指令發(fā)送到STC15單片機(jī)，然后傳到機(jī)械手臂完成相應(yīng)的任務(wù)，軟件部分的手機(jī)App直接發(fā)送到機(jī)械手臂完成動作。

圖1 系統(tǒng)方框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 STC15單片機(jī)最小系統(tǒng)

STC15單片機(jī)最小系統(tǒng)的作用是把語音識別模塊和短信模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)處理一遍，再發(fā)送到機(jī)械手臂上完成相應(yīng)的動作。

2.2 語音模塊硬件電路

語音模塊LD3320不僅集成了語音識別處理器還包括一些外部電路，所以簡單的外部電路便可以供其使用，該芯片也不需要外界任何的輔佐芯片，所以直接與單片機(jī)相連傳輸數(shù)據(jù)就可以完成硬件電路的連接。這部分電路設(shè)計保證了LD3320芯片的正常工作，也保證了與STC10L0SXE單片機(jī)之間的相互通信。

2.3 短信控制電路

SIM900a電路的9腳和10腳連接的是串口TXD和RXD。這部分電路設(shè)計為SIM900a電路提供正常工作的環(huán)境，并可以利用串口與該芯片通信[5]。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計

3.1 短信模塊程序設(shè)計

短信模塊工作的流程圖如圖2所示，上電之后SIM900a便開始自行搜索SIM手機(jī)卡的網(wǎng)絡(luò)，搜索到之后,硬件電路上的指示燈閃一下歇三秒，然后通過串口發(fā)送AT指令之后便可等待短信的發(fā)送。當(dāng)短信接收到時，SIM900a便經(jīng)過串口把接收到的數(shù)據(jù)全發(fā)送到單片機(jī)或電腦上，然后返回等待下一條短信的到來。

圖2 短信模塊流程圖

3.2 語音模塊程序設(shè)計

上電之后模塊芯片就開始初始化，然后芯片寫入自己定義的識別列表，完成這些內(nèi)容后便可以語音識別。當(dāng)模塊檢測到有聲音時就會打開語音識別中斷，調(diào)用相關(guān)的寄存器開始對比，如果聲音信息和寫入的識別列表有相同的詞，便可以開始后續(xù)的發(fā)送指令；如果不一致則返回到語音識別待機(jī)狀態(tài)，等待下一次的識別。

3.3 STC15系列單片機(jī)串口程序設(shè)計

我們使用了STC15系列單片機(jī)三個串口，這三個串口的部分初始化程序，包括定時器、波特率和中斷的設(shè)置。串口一的定時器為TR1=1，串口二的定時器為AUXR|=0x10，串口三的定時器為T4T3M|=0x08。

3.4 手機(jī)App程序設(shè)計

手機(jī)App程序在運行該手機(jī)App后程序會在后臺訪問藍(lán)牙，確認(rèn)藍(lán)牙有沒有被打開啟用，如果沒有則彈出打開藍(lán)牙的對話框，如果藍(lán)牙已被打開則打開App界面可以開始操作。界面上有個“連接機(jī)械手臂”的按鍵，按下之后藍(lán)牙開始搜索機(jī)械手臂上的藍(lán)牙，如果搜索到了則會自動連接該藍(lán)牙，沒有則會一直搜索10s，然后停止。連接上機(jī)械手臂上的藍(lán)牙后彈出提示框，便可以控制機(jī)械手臂澆花了，程序會監(jiān)測按鍵是否被按下，按下了便自動發(fā)送澆花指令，發(fā)送完畢后程序返回等待按鍵再次按下。

3.5 機(jī)械手臂動作部分程序設(shè)計

機(jī)械手臂的動作設(shè)計部分使用配套的上位機(jī)軟件編輯而成，可以設(shè)置每個舵機(jī)的舵機(jī)位置滑桿、舵機(jī)位置、舵機(jī)偏差滑竿、舵機(jī)偏差，這些設(shè)置完之后保存在機(jī)械手臂的控制板里，使用時調(diào)用即可。六個舵機(jī)的角度設(shè)置由自己定義，我們要澆不同的花，只需要設(shè)置最下面的舵機(jī)角度就行。

4 系統(tǒng)調(diào)試

圖3是本文設(shè)計的手機(jī)App展示界面。如圖4所示是短信模塊、語音模塊、STC15單片機(jī)以及機(jī)械手臂控制板的總體連接。我們設(shè)計的動作流暢，能夠真實的取水和澆水，三種控制方式也很流暢。

圖3 手機(jī)App界面

圖4 硬件電路總連接

5 結(jié)論

本文設(shè)計的無線智能澆花機(jī)械手臂有三種控制方式：語音識別控制、短信控制、手機(jī)App控制。這三種控制方式各有特點。這三種控制方式彼此聯(lián)系又相互獨立，不會發(fā)生沖突，讓使用者無論在家還是在外都能輕松的照顧植物。本文的設(shè)計中有軟件設(shè)計，也有硬件結(jié)合，將無線傳輸融合，構(gòu)成了多種控制的機(jī)械手系統(tǒng)，豐富了機(jī)械手臂的使用領(lǐng)域，這是非常重要的。