基于STM32F407單片機(jī)的社區(qū)智能管家機(jī)器人設(shè)計(jì)

胡文峰 王昊 陳穎 王鑫 劉佳瑩 林盛昌

摘 要：文章設(shè)計(jì)了基于STM32F407單片機(jī)控制的社區(qū)智能管家機(jī)器人。該機(jī)器人通過語音識(shí)別和藍(lán)牙控制，語音識(shí)別與語音回復(fù)系統(tǒng)可以對(duì)用戶所發(fā)出的命令進(jìn)行識(shí)別與回復(fù)，也可通過藍(lán)牙連接，從用戶端App下達(dá)指令;還可以幫助物業(yè)做到對(duì)社區(qū)住戶的體溫測(cè)量、記錄與消殺工作。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;社區(qū)服務(wù);語音控制回復(fù);藍(lán)牙

0 ? 引言

隨著人工智能的發(fā)展，智能機(jī)器人的應(yīng)用越來越普遍，一些簡(jiǎn)單而實(shí)用的送料家居機(jī)器人、自動(dòng)掃地機(jī)器人、機(jī)器人吸塵器等逐漸出現(xiàn)在高端智能家居生活中。未來智能家居機(jī)器人在人們的生產(chǎn)、生活中將起到巨大作用，它大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，提高了人們的生活水平。

2020年新型冠狀病毒的爆發(fā)，測(cè)量、記錄體溫和每日的消毒工作尤為重要，人們希望用機(jī)器人工作取代疫情期間具有一定接觸風(fēng)險(xiǎn)的人工防疫工作，并在日后社區(qū)健康安全愈受重視的情況下，智能化、高效化地采集社區(qū)住戶的健康信息，建立健康信息庫(kù)，精準(zhǔn)找出問題，快速采取措施，及時(shí)維護(hù)社區(qū)居民健康安全，提高社區(qū)居民生活質(zhì)量。

本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的這款社區(qū)管家機(jī)器人可以執(zhí)行幫助物業(yè)定時(shí)測(cè)量住戶體溫、幫助住戶打掃衛(wèi)生并給予消毒等健康衛(wèi)生措施任務(wù)。主要解決如下問題：非接觸測(cè)量體溫、收集住戶體溫等基本的健康信息、打掃消毒。

1 ? 設(shè)計(jì)原理

1.1 ?工作原理

該設(shè)備是利用語音識(shí)別與語音回復(fù)系統(tǒng)對(duì)用戶所發(fā)出的命令進(jìn)行識(shí)別與回復(fù)，盡可能地利用語音功能來降低使用的操作難度。

該設(shè)備能夠?qū)邮盏降牟煌噶钸M(jìn)行識(shí)別與劃分，自行執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，通過紅外測(cè)溫模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)在社區(qū)中幫助物業(yè)定時(shí)測(cè)量住戶體溫，幫助住戶打掃衛(wèi)生并給予消毒等安全措施的功能。

該設(shè)備可通過藍(lán)牙模塊連接用戶端反饋健康數(shù)據(jù)信息，錄入健康信息庫(kù)，智能、高效地維護(hù)健康信息。

1.2 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.2.1 ?語音識(shí)別與語音回復(fù)系統(tǒng)

語音識(shí)別與語音回復(fù)系統(tǒng)由單片機(jī)、語音識(shí)別模塊以及語音回復(fù)模塊組成，選用的單片機(jī)型號(hào)為STM32F407;語音識(shí)別模塊為L(zhǎng)D3320語音識(shí)芯片;語音回復(fù)模塊為MP3模塊。在收到語音指令后，通過單片機(jī)處理執(zhí)行對(duì)應(yīng)工作，然后在工作前后通過MP3模塊詢問與回復(fù)。

1.2.2 ?紅外測(cè)溫模塊

紅外測(cè)溫模塊由紅外測(cè)溫探頭與顯示模塊組成，選用的紅外測(cè)溫探頭型號(hào)為Mlx90614。該溫度計(jì)出廠前已經(jīng)過校準(zhǔn)，可通過數(shù)字SMBus輸出提供整個(gè)溫度范圍內(nèi)的測(cè)量溫度（分辨率為 0.02°C）。

選用的顯示模塊為L(zhǎng)CD1602A。該模塊通過測(cè)溫探頭獲得體溫情況，再由顯示模塊顯示體溫信息。

1.3 ?整體結(jié)構(gòu)

整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。整個(gè)產(chǎn)品由一塊主控MCU、語音控制板組成一套控制系統(tǒng)。通過語音控制，實(shí)現(xiàn)模式功能選擇，并且通過MP3模塊進(jìn)行語音回復(fù)，通過紅外測(cè)溫傳感器測(cè)量戶主體溫，通過機(jī)械手與避障模塊，實(shí)現(xiàn)打掃消毒房間功能。

2?軟件設(shè)計(jì)

2.1 ?總程序流程

總程序流程如圖2所示。機(jī)器人先到達(dá)指定房間測(cè)量用戶體溫，將數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)處理，通過藍(lán)牙發(fā)送給手機(jī)，再通過藍(lán)牙模塊或語音控制模塊控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)打掃消毒。

2.2 ?紅外測(cè)溫程序流程

紅外測(cè)溫程序流程如圖3所示。系統(tǒng)初始化選擇I/O口處理接收到的體溫?cái)?shù)據(jù)，再經(jīng)過糾正顯示在顯示模塊上。

3?功能及指標(biāo)

3.1 ?基本功能

（1）該系統(tǒng)主要是針對(duì)社區(qū)管理事務(wù)煩瑣、保安人員有限、管理人員素質(zhì)不高而引起的管理服務(wù)效率低、耗時(shí)長(zhǎng)、質(zhì)量不佳等問題，減輕工作人員的工作壓力。

（2）本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)功能，可在疫情期間非接觸測(cè)量體溫并幫助住戶打掃衛(wèi)生并進(jìn)行消毒工作。

（3）現(xiàn)場(chǎng)可不必再出現(xiàn)工作人員，更加方便了社區(qū)服務(wù)人員管理社區(qū)。同時(shí)該設(shè)備可全天候作業(yè)，提高效率的同時(shí)，也降低了人力的投入。

3.2 ?相關(guān)指標(biāo)

（1）在自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)過程時(shí)可使用設(shè)定的功能，并能及時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，它具有超低的成本，耗電小，高性能，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

（2）采用語音控制系統(tǒng)使得整個(gè)操作系統(tǒng)更加易上手且操作難度更低，避免了過多的不必要接觸。

（3）采用電動(dòng)作為系統(tǒng)的動(dòng)力裝置，使整個(gè)系統(tǒng)非常節(jié)能環(huán)保并且操作簡(jiǎn)單、靈活、方便。

4 結(jié)語

設(shè)備的整體性能完整，有利于增強(qiáng)社區(qū)的管理服務(wù)水平，在操作頁面上最大程度降低了操作難度，適用于各個(gè)年齡段的用戶，同時(shí)緩解了住戶和物業(yè)管理之間的煩瑣關(guān)系。此外，在疫情期間也能有效降低病毒傳染的概率。整套裝置的完整性良好，各方面的動(dòng)作完整無誤。

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（編輯 何 琳）