物联网声控搬运车系统解决方案

当今中国在工业运输方面的工业搬运车经历了四代发展。 其中第一代手动搬运车在工业搬运车市场仍占有一定份额。而目前国内最先进的搬运车是自动无人搬运车，这种搬运车路径导引方式主要是光导引和磁导引，需要在路径上安装相应的发光装置或是磁性物体。这两种引导方式虽然能够实现无人搬运功能，但只适用于较大规模的工厂、仓库等特定场景，而且安装路径成本较大，路径环境易受到外界环境的干扰。以声音为介质，通过语音控制搬运车理论上可以弥补这些不足，并可以实现搬运车的无接触式控制，适用于医院隔离病区医用物品的运输。

本文研究并设计的是一种基于物联网与无线传感器的智能声控搬运车系统，该系统有两种工作模式，分别为自由驱动模式和定位导航模式，均以语音命令进行控制。自由驱动模式下，语音命令可实时控制搬运车的运行状态：定位导航模式下，通过语音输入目的地，搬运车即可自动导航前往。同时该系统具备避障功能、人机语音交互功能，并可以在手机端查看搬运车的实时位置、环境与状态等信息数据。

1系统设计方案

1.1 系统功能分析

智能声控搬运车系统主要研究以声音为导引介质来引导搬运车的运行，并通过声音来控制搬运车的运行状态与工作模式。其中，智能声控搬运车基于语音引导有两种工作模式，分别为自由驱动模式与定位导航模式。除了两种基本的工作模式外，智能声控搬运车系统通过蓝牙与手机端连接，通过多种传感器采集搬运车的环境与状态数据，实现在手机端查看搬运车实时位置、环境状态信息的功能。

1.1.1自由驱动模式

用户可以通过语音命令控制搬运车的启动、右转弯、后退、停止、前进、左转弯等基本运行状态。搬运车实时监测障碍物，当监测到障碍物时将自动统开障碍物，可以避免碰撞以及其他类似情况发生。

自由驱动模式下，用户需输入正确的一级语音命令并被系统成功识别后方可输入二级语音命令改变搬运车的运行状态，该系统设定的一级语音命令为“小智”。用户输入了一级语音命令并且系统进行语音响应后，系统预留 10 秒钟的时间等待用户输入二级语音命令，若输入超时，用户则需重新输入一级语音命令。每条指令被成功识别后，系统会产生相应的语音响应进行提示。当输入的二级指令为“模式切换”时，搬运车将切换到定位导航模式。

1.1.2 定位导航模式

定位导航模式主要实现用户通过语音命令搬运车自动前往指定目的地的功能。在定位导航模式下，通过语音向搬运车传达目的地信息，搬运车根据 GPS定位功能对目的地及自身位置进行定位，计算运行方向并自动前往指定位置。在这种模式下搬运车运行的过程中也可以检测障碍物，绕开降碍物，并重新调整、规划路径。当搬运车到达目的地后停止运行，并切换成自由驱动模式。

1.1.3连接手机端

智能声控搬运车系统设计开发了基于 Android 操作系统的智能手机 APP，用于搬运车数据信息的显示，并对搬运车的基本运行状态进行控制。手机 APP 主要显示的数据信息有:搬运车当前负载重量、速度与加速度、搬运车当前位置、环境的温度与湿度。手机APP 对搬运车的控制主要为控制搬运车的启动、停止、转弯、后退等基本运行状态。

1.2 系统总框架设计

智能声控搬运车系统使用 STM32F103ZET6型号的微处理器该种型号的微处理器有 5个通信串口，而智能声控搬运车系统需要9个串口进行通信，因此系统采用双处理器模式，即使用两个STM32F103作为系统的主控模块，两个微处理器之间通过串口通信交换数据。根据实现功能的不同，将两个微处理器分为中心控制。

节点和信息汇聚与通信节点。中心控制节点主要控制并协调智能声控搬运车的两个基本工作模式，即自由驱动模式和定位导航模式。中心控制节点控制搬运车的驱动模块、GPS定位模块、语音播报模块、语音识别模块和避障模块。

信息汇聚与通信节点主要进行数据信息的处理与传输，通过蓝牙通信实现智能声控搬运车与手机端 APP 的数据交换。信息汇聚与通信节点控制蓝牙模块、压力传感器模块、温湿度传感器模块、速度传感器模块。智能声控搬运车在自由驱动模式下，语音识别模块先检测并识别用户输入的语音命令，将识别出来的语音命令通过串口发送给中心控制节点，中心控制节点控制语音播报模块发生相应的语音响应并根据语音命令通过控制驱动模块来改变搬运车的运行状态。

在搬运车的运行过程中，避障模块不断检测前面有没有障碍物，如果避障模块检测到了障碍物，则向中心控制节点发送信号，中心控制节点则控制避障模块寻找无障碍物的路径从而绕开障碍物。当工作模式为定位导航模式时，语音识别模块识别用户输入的目的地信息并发送给中心控制节点，GPS 定位模块对搬运车自身位置进行定位并将搬运车的经纬度信息发送给中心控制节点，节点根据目的地和搬运车当前位置的经纬度信息计算运行方向，并控制驱动模块驱动搬运车前往目的地。

信息汇聚与通信节点主要接收压力传感器模块、速度传感器模块、温湿度传感器模块和中心控制节点传送过来的数据信息，并将所有数据信息按照一定的时序通过蓝牙模块发送给手机端。同时蓝牙模块接收手机端蓝牙设备发送过来的指令信息，然后通过串口发送给信息汇聚与通信节点，最后将指令信息发送给中心控制节点进行执行。

2系统模块设计

智能声控搬运车系统采用分模块设计研究的方法，系统分为个分模块，分别为：驱动模块、避障模块、语音播报模块、语音识别模块、GPS 定位模块、蓝牙模块和传感器模块。

2.1驱动模块

智能声控搬运车避障模块的硬件部分主要由超声波模块和舵机组成。超声波模块用于测距，工作电压为 5V，射程范围为 2m-4m。舵机用于控制超声波模块的旋转，旋转角度为 180”。搬运车在行驶的过程中超声波模块不断检测前方是否有障碍物，当测量距离小于阙值 30cm 时，则进入谴障程序。

2.3语音识别模块

智能声控搬运车系统的语音识别模块采用的是 LD3320 语音识别芯片，该型号芯片集成了语音采集和识别算法。语音识别模块可以识别 50 条语音，识别距离最大为 2米，识别率约为 90%。系统采用两级语音口令，一级口令为“小智”，一级口令验证成功后方可进行二级指令的输入。

2.4 语音播报模块

语音播报模块使用的是 TTS-V5 模块，该芯片可以将汉字、英文字母、数字转换成语音信号。中心控制节点通过串口将需要进行播报的字符串发送给该芯片，即可实现语音播报的功能。

出处 电子技术与软件工程

原标题? ?基于物联网与无线传感器的智能声控搬运车系统

作者 成薇 胡书晨 邱俊辉李嘉隆 俊涛

参考资料

https://www.hooketech.com/agv.html