基于服务机器人的语言系统设计

张涛+施天宇+孙春霞+孙艺鸣+刘成+薛同莲

摘 要：服务机器人语言系统是机器人控制系统的重要组成部分，在研究和分析服务机器人语言系统的构成和特点的基础上，提出了商场迎宾机器人的语言系统设计方案。结合单片机开发系统，使用语音芯片，在商场人员进出时，自动播报欢迎词。

关键词：服务机器人 语音系统 单片机

随着科技的大力发展，目前机器人已经发展到第三代类似人类的智能机器人，机器人的应用范围大大扩展，除工、农业生产外，机器人应用到各行各业，为人类生产和生活服务。其中迎宾机器人是其中重要的一个分支，可应用在展览馆、科技馆、会展中心、商场、宾馆、银行、医院等服务行业的迎宾礼仪和导航服务，高端的迎宾机器人融合了机器人视觉、语音、智能人机交互、网络技术、实时系统、传感器检测、控制技术和系统集成等核心技术，功能强大但价格昂贵、复杂而暂时无法普及，因而并不实用。傳统电子电路控制的迎宾机器人灵活性较差，位置发生变化则硬件需要进行修改致使应用并不方便。在此背景下提出基于单片机控制的以热释电红外传感器作为探测器件的结构简单、成本低廉和控制灵活的迎宾机器人的语言系统设计。

1 器件功能介绍

最近ISD公司推出了一种新的单片10～20 s单段语音录放电路ISD1820，它除了具有ISD系列语音录放电路的基本特性外，还有几个新的显著特点：（1）工作电压3～5 V；（2）取样率和录放音时间可以由外部振荡电阻调节；（3）DIP14小型封装或其他COB软封装；（4）单段录放控制简单；（5）带话筒放大直通功能；（6）高质量自然的语音还原技术；（7）边沿/电平触发放音；（8）自动节电，维持电流0.5 μA；（9）内置8 Ω喇叭驱动放大电路；（10）可用单片机控制。

在实际使用时，可先用该模块的录音功能，将需要播放的语音录制好。使用单片机采集相关信息，在需要播放该段语音时，由单片机给出一个脉冲信号，加在Playe端口，该电路即可驱动喇叭发声。

2 语言系统构成

商场迎宾服务机器人主要由单片机控制电路、热释电红外检测电路、液晶显示电路、语音电路等部分组成。利用2个人体红外热释电传感器，进行人体进出的识别工作。安装2个并行的热释电红外传感器A和B，A和B分别控制开关ka和kb，人体先经过A再经过B，会先触发开关ka，再触发开关kb，把按此顺序触发开关的行为定义为“进入”。那么把人体先经过B再经过A，先触发kb开关再触发ka开关的顺序的行为定义为“出门”。单片机控制电路用于接收处理传感器发送来的信息，控制液晶显示器的显示内容和语音芯片的动作。液晶显示电路显示人员进出信息，如今日当前进入人数、离开人数、商场内现有人数等。语音电路执行单片机传输过来的控制信号，根据不同情况，发出“欢迎光临”“欢迎下次再来”等信息。

2.1 单片机与ISD接口电路设计

根据控制的要求，选取2个ISD1820语音模块。单片机采集到有人进入的信号时发送一个高脉冲给语音模块1，使其驱动8 Ω喇叭发出“欢迎光临”语音；单片机采集到有人出去的信号时，发送一个高脉冲给语音模块2，驱动8 Ω喇叭发出“期待您再次光临”语音。建立电路模型，选取合适的电子元器件和元件参数并绘制电路原理图如图1所示。

2.2 软件设计

根据前面的分析和硬件原理图，软件部分用C语言编写，完成语音芯片的控制。相应的控制子程序如下：

void scan（ ） { if （s1==0） {delay（5）； if（s1==0） { while （！s1）； if （s2_flag==1） { out++； all--； write_renshu（12，all）； write_renshu（0x40+12，out）；s2_flag=0；PlayE2=1；delay（200）；PlayE2=0；} else {s1_flag=1； } } }

if （s2==0） { delay（5）； if（s2==0） {while ！s2）；if （s1_flag==1） {in++；all++；write_renshu（12，all）；write_renshu（0x40+3，in）；s1_flag=0；PlayE1=1；delay（200）；PlayE1=0； } else {s2_flag=1； }}

3 测试和结论

使用Proteus仿真并修改电路模型，搭建系统电路，利用单片机及各外围电路模拟仿真，反复调试后获得实验结果。使用单片机控制电路，对其性能反复测试。可使服务机器人工作稳定、功耗小、输出的语音清晰、音色优美，实现了商场迎宾工作的智能化和自动化，用户评价良好。

参考文献

[1]杨杏，陈富林，周霏.基于Qt的工业机器人语言系统的设计[J].组合机床与自动化加工技术，2015（3）：71-74.

[2]郭显金.工业机器人编程语言的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2013.

[3]廉小亲，刘文，何婷.基于语音IC的智能语音系统研制[J].仪器仪表学报，2004，25（4）：278-281.