CN105538324A - 基于dtmf信号的声控机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于DTMF信号的声控机器人，它包括机器人主体、第一电路板、第二电路板。第一电路板的信号检测模块能接收DTMF声音信号，通过蓝牙方式与第二电路板通讯，第二电路板根据所接收信号，控制机器人完成行进，物品抓取及照明等功能。本发明采用MT8870模块作为信号检测与识别模块，检测识别手机拨号音，并通过一些列处理控制机器人执行相应指令。用户只需要打开手机拨号键盘，将信号检测与识别模块与手机通过耳机线连接，即可方便控制机器人。

Description

基于DTMF信号的声控机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种基于DTMF信号的声控机器人。
背景技术
现有的机器人已经可实现多种方式控制，但一般采用的是红外遥控器或者手机蓝牙，控制时需要下载特定的app或者使用特定遥控器，不够便利。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于DTMF信号的声控机器人。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于DTMF信号的声控机器人，包括第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第一全向轮、第二全向轮、第三全向轮、第四全向轮、第一平板、第二平板、第一舵机、第二舵机、第三舵机、机械爪、L型板、第一U型板、第一支架、第二U型板、第二支架、第三支架、第一电路板、第二电路板；其中，第一平板和第二平板均为方形平板，第二平板的四个角上具有支撑管，第一平板固定在第二平板的支撑管上；第二平板的下表面均匀安装第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机；第一全向轮安装在第一步进电机的输出轴上、第二全向轮安装在第二步进电机的输出轴上、第三全向轮安装在第三步进电机的输出轴上、第四全向轮安装在第四步进电机的输出轴上；
所述L型板的一边固定在第一平板上表面的一端，第一U型板的底部固定在L型板的另一边；第一支架安装在第一U型板内，与第一U型板铰接；第一舵机安装在第一支架上，用于控制第一支架在第一U型板内的转动角度；第二U型板的底部固定在第一支架上，第二U型板内安装第二支架，第二支架与第二U型板铰接；第二舵机安装在第二支架上，用于控制第二支架在第二U型板内的转动角度；第三支架安装在第二支架的上部；机械爪与第三支架铰接，第三舵机安装在第三支架上，第三舵机的输出轴与机械爪相连，用于控制机械爪的张合大小；
所述第一电路板作为遥控板，它包括第一电源模块、信号检测与识别模块、第一单片机、第一蓝牙通讯模块；其中，所述第一电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；信号检测与识别模块和第一蓝牙通讯模块均与第一单片机相连，其中，信号检测与识别模块引出一根耳机线，用于与手机的耳机接口连接，检测手机按键音对应的DTMF信号，并判断其特征频率，识别所接收信号对应的按键号，并根据不同识别结果产生特定的引脚电平变化；单片机接收信号检测与识别模块的引脚电平变化，根据电平变化通过串口传输相应按键号对应的值给第一蓝牙通讯模块；
所述第二电路板固定在第二平板上，它包括由第二电源模块、第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块、第二单片机、第二蓝牙通讯模块；其中，所述第二电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块和第二蓝牙通讯模块均与第二单片机的I/O端口相连；其中，所述第一步进电机驱动模块用于驱动第一步进电机；第二步进电机驱动模块用于驱动第二步进电机；第三步进电机驱动模块用于驱动第三步进电机；第四步进电机驱动模块用于驱动第四步进电机；第一舵机、第二舵机、第三舵机均与第二单片机的PWM输出端口相连；第二蓝牙通讯模块用于接收第一蓝牙通讯模块传送的信息，并同串口传送给第二单片机；第二单片机作为核心控制部分，用来控制第一至第四步进电机驱动模块及第一至第三舵机，控制继电器的通断，并接收第二蓝牙通讯模块发来的串口信息。
进一步的，还包括均匀安装在第二平板的下表面的第一步进电机座、第二步进电机座、第三步进电机座、第四步进电机座；第一步进电机安装在第一步进电机座上；第二步进电机安装在第二步进电机座上；第三步进电机安装在第三步进电机座上；第四步进电机安装在第四步进电机座上。
进一步的，还包括直流灯泡、直流灯泡底座和继电器；其中，所述直流灯泡底座粘贴在第一平板上表面，直流灯泡安装在直流灯泡底座上，用于照明；直流灯泡与继电器相连，继电器与第二电路板的第二单片机的I/O端口相连，继电器用于隔离控制12V电压的通断以控制直流灯泡的亮暗。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：本发明采用MT8870模块作为信号检测与识别模块，检测识别手机拨号音，并通过一些列处理控制机器人执行相应指令。用户只需要打开手机拨号键盘，将信号检测与识别模块与手机通过耳机线连接，即可方便控制机器人。
附图说明
图1为本发明的轴测图；
图2为本发明的局部放大图；
图3为本发明的仰视图；
图4为本发明的第一电路板示意图；
图5为本发明的第二电路板示意图；
图中，第一步进电机1、第二步进电机2、第三步进电机3、第四步进电机4、第一步进电机座5、第二步进电机座6、第三步进电机座7、第四步进电机座8、第一全向轮9、第二全向轮10、第三全向轮11、第四全向轮12、第一平板13、第二平板14、第一螺柱15、第二螺柱16、第三螺柱17、第四螺柱18、第三支架19、第一舵机20、第二舵机21、第三舵机22、机械爪23、直流灯泡24、直流灯泡底座25、L型板26、第一U型板27、第一支架28、第二U型板29、第二支架30。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1‐3所述，本发明包括第一步进电机1、第二步进电机2、第三步进电机3、第四步进电机4、第一步进电机座5、第二步进电机座6、第三步进电机座7、第四步进电机座8、第一全向轮9、第二全向轮10、第三全向轮11、第四全向轮12、第一平板13、第二平板14、第一螺柱15、第二螺柱16、第三螺柱17、第四螺柱18、第三支架19、第一舵机20、第二舵机21、第三舵机22、机械爪23、直流灯泡24、直流灯泡底座25、L型板26、第一U型板27、第一支架28、第二U型板29、第二支架30、第一电路板(图中未示出)、第二电路板(图中未示出)、继电器(图中未示出)；其中，第一平板13和第二平板14均为方形平板，第二平板14的四个角上具有支撑管，第一螺柱15穿过第二平板14的第一支撑管、第二螺柱16穿过第二平板14的第二支撑管、第三螺柱17穿过第二平板14的第三支撑管、第四螺柱18穿过第二平板14的第四支撑管将第一平板13和第二平板14固定连接；第二平板14的下表面均匀分布第一步进电机座5、第二步进电机座6、第三步进电机座7、第四步进电机座8；第一步进电机1安装在第一步进电机座5上；第二步进电机2安装在第二步进电机座6上；第三步进电机3安装在第三步进电机座7上；第四步进电机4安装在第四步进电机座8上；第一全向轮9安装在第一步进电机1的输出轴上、第二全向轮10安装在第二步进电机2的输出轴上、第三全向轮11安装在第三步进电机3的输出轴上、第四全向轮12安装在第四步进电机4的输出轴上；直流灯泡底座25粘贴在第一平板13上表面，直流灯泡24安装在直流灯泡底座25上，用于照明；直流灯泡24与继电器相连，继电器与第二电路板相连，继电器用于隔离控制12V电压的通断以控制直流灯泡24的亮暗；
所述L型板26的一边固定在第一平板13上表面的一端，第一U型板27的底部固定在L型板26的另一边；第一支架28安装在第一U型板27内，与第一U型板27铰接；第一舵机20安装在第一支架28上，用于控制第一支架28在第一U型板27内的转动角度；第二U型板29的底部固定在第一支架28上，第二U型板29内安装第二支架30，第二支架30与第二U型板29铰接；第二舵机21安装在第二支架30上，用于控制第二支架30在第二U型板29内的转动角度；第三支架19安装在第二支架30的上部；机械爪23与第三支架19铰接，第三舵机22安装在第三支架19上，第三舵机22的输出轴与机械爪23相连，用于控制机械爪23的张合大小。
如图4所示，所述第一电路板作为遥控板，它包括第一电源模块、信号检测与识别模块、第一单片机、第一蓝牙通讯模块；其中，所述第一电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；信号检测与识别模块和第一蓝牙通讯模块均与第一单片机相连，其中，信号检测与识别模块引出一根耳机线，用于与手机的耳机接口连接，检测手机按键音对应的DTMF信号，并判断其特征频率，识别所接收信号对应的按键号，并根据不同识别结果产生特定的引脚电平变化；单片机接收信号检测与识别模块的引脚电平变化，根据电平变化通过串口传输相应按键号对应的值(如按键1对于0x01)给第一蓝牙通讯模块。
如图5所示，所述第二电路板固定在第二平板上，它包括由第二电源模块、第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块、第二单片机、第二蓝牙通讯模块；其中，所述第二电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块、第二蓝牙通讯模块和继电器均与第二单片机的I/O端口相连；其中，所述第一步进电机驱动模块用于驱动第一步进电机1；第二步进电机驱动模块用于驱动第二步进电机2；第三步进电机驱动模块用于驱动第三步进电机3；第四步进电机驱动模块用于驱动第四步进电机4；第一舵机20、第二舵机21、第三舵机22均与第二单片机的PWM输出端口相连；第二蓝牙通讯模块用于接收第一蓝牙通讯模块传送的信息，并同串口传送给第二单片机；第二单片机作为核心控制部分，用来控制第一至第四步进电机驱动模块及第一至第三舵机，控制继电器的通断，并接收第二蓝牙通讯模块发来的串口信息。
所述第一蓝牙通讯模块、第二蓝牙通讯模块可以采用型号为HC-05的蓝牙模块，但不限于此；所述第一电源模块、第二电源模块可以采用型号为LM2596S电源模块，但不限于此；所描信号检测与识别模块可以采用型号为MT8870模块，但不限于此；所述第一单片机、第二单片机可以采用Atmel公司型号为Atmega128的产品，但不限于此；所述继电器模块可以采用云辉一路继电器模块，但不限于此；所述第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块可以采用云辉TB6560步进电机模块，但不限于此。
本发明的工作过程如下：
第一电路板的信号检测与识别模块引出的耳机线，与任意手机的耳机接口连接。用户打开拨号键盘，按下某一按键。按下不同按键可控制机器人实现不同功能，如下表所示。
按键1/左转 按键2/前进 按键3/右转
按键4/左行 按键5/亮灯 按键6/右行
按键7/抓取 按键8/后退 按键9/放置
按键*/未定义 按键0/灭灯 按键#/未定义
若以按下按键2为例，按键2对应的按键音将从耳机线传输给第一电路板的信号检测与识别模块，此音频信号由一个高频分量和一个低频分量构成，其低频中心频率为679Hz，高频中心频率为1336Hz。信号检测与识别模块能够检测高低中心频率，判断出所输入信号对应按键为2，通过4个三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1输出给对应的电平，按键2所对应Q4、Q3、Q2、Q1输出电平分别为低、低、高、低。第一单片机4个I/O引脚与信号检测与识别模块的三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1相连，通过检测此4个IO引脚的输入电平组合，判断出按键为2。第一单片机的串口收发引脚与第一蓝牙模块相连，通过串口发送按键2所对应的0x02信号，第一蓝牙模块将此信号发送给第二电路板的第二蓝牙模块。第二蓝牙模块与第二单片机的串口收发引脚相连，将从第一蓝牙模块所接收到的0x02信号传输给第二单片机，第二单片机接收到0x02信号，执行前进命令，具体表现为第二单片机模块的I/O引脚，通过高低电平有序切换输出PWM信号，控制第二步进电机驱动模块及第四步进电机驱动模块，为第二与第四步进电机提供输入电源，控制第二步进电机正转，第四步进电机反转，使机器人前进。
若以按下按键1为例，按键1对应的按键音将从耳机线传输给第一电路板的信号检测与识别模块，此音频信号由一个高频分量和一个低频分量构成，其低频中心频率为679Hz，高频中心频率为1209Hz。信号检测与识别模块能够检测高低中心频率，判断出所输入信号对应按键为1，通过4个三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1输出给对应的电平，按键1所对应Q4、Q3、Q2、Q1输出电平分别为低、低、高、低。第一单片机4个IO引脚与信号检测与识别模块的三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1相连，通过检测此4个IO引脚的输入电平组合，判断出按键为1。第一单片机的串口收发引脚与第一蓝牙模块相连，通过串口发送按键1所对应的0x01信号，第一蓝牙模块将此信号发送给第二电路板的第二蓝牙模块。第二蓝牙模块与第二单片机的串口收发引脚相连，将从第一蓝牙模块所接收到的0x01信号传输给第二单片机，第二单片机接收到0x01信号，执行前进命令，具体表现为第二单片机模块的IO引脚，通过高低电平有序切换输出PWM信号，控制第一步进电机驱动模块及第三步进电机驱动模块，为第一与第三步进电机提供输入电源，控制第一步进电机正转、第四步进电机正转，使机器人逆时针旋转(左转)。
若以按下按键5为例，按键5对应的按键音将从耳机线传输给第一电路板的信号检测与识别模块，此音频信号由一个高频分量和一个低频分量构成，其低频中心频率为770Hz，高频中心频率为1336Hz。信号检测与识别模块能够检测高低中心频率，判断出所输入信号对应按键为5,通过4个三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1输出给对应的电平，按键5所对应Q4、Q3、Q2、Q1输出电平分别为低、低、高、低。第一单片机4个IO引脚与信号检测与识别模块的三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1相连，通过检测此4个IO引脚的输入电平组合，判断出按键为5。第一单片机的串口收发引脚与第一蓝牙模块相连，通过串口发送按键5所对应的0x05信号，第一蓝牙模块将此信号发送给第二电路板的第二蓝牙模块。第二蓝牙模块与第二单片机的串口收发引脚相连，将从第一蓝牙模块所接收到的0x05信号传输给第二单片机，第二单片机接收到0x05信号，执行点亮灯泡的命令，具体表现为第二单片机模块与继电器模块连接的IO引脚输出高电平，使继电器模块输出高电平为直流灯泡供电。
若以按下按键7为例，按键7对应的按键音将从耳机线传输给第一电路板的信号检测与识别模块，此音频信号由一个高频分量和一个低频分量构成，其低频中心频率为852Hz，高频中心频率为1209Hz。信号检测与识别模块能够检测高低中心频率，判断出所输入信号对应按键为7,通过4个三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1输出给对应的电平，按键7所对应Q4、Q3、Q2、Q1输出电平分别为低、低、高、低。第一单片机4个IO引脚与信号检测与识别模块的三态译码输出端Q4、Q3、Q2、Q1相连，通过检测此4个IO引脚的输入电平组合，判断出按键为7。第一单片机的串口收发引脚与第一蓝牙模块相连，通过串口发送按键7所对应的0x07信号，第一蓝牙模块将此信号发送给第二电路板的第二蓝牙模块。第二蓝牙模块与第二单片机的串口收发引脚相连，将从第一蓝牙模块所接收到的0x07信号传输给第二单片机，第二单片机接收到0x07信号，执行抓取地面物品的命令，具体表现为第二单片机模块的三个PWM输出端口，分别控制第一舵机，第二舵机及第三舵机按照顺序旋转，即控制机械臂与机械手有序动作，实现物品抓取。
其余按键所实现功能方式与上述例子类似。

Claims (3)

1.一种基于DTMF信号的声控机器人，其特征在于，包括第一步进电机(1)、第二步进电机(2)、第三步进电机(3)、第四步进电机(4)、第一全向轮(9)、第二全向轮(10)、第三全向轮(11)、第四全向轮(12)、第一平板(13)、第二平板(14)、第三支架(19)、第一舵机(20)、第二舵机(21)、第三舵机(22)、机械爪(23)、L型板(26)、第一U型板(27)、第一支架(28)、第二U型板(29)、第二支架(30)、第一电路板、第二电路板；其中，第一平板(13)和第二平板(14)均为方形平板，第二平板(14)的四个角上具有支撑管，第一平板(13)固定在第二平板(14)的支撑管上；第二平板(14)的下表面均匀安装第一步进电机(1)、第二步进电机(2)、第三步进电机(3)、第四步进电机(4)；第一全向轮(9)安装在第一步进电机(1)的输出轴上、第二全向轮(10)安装在第二步进电机(2)的输出轴上、第三全向轮(11)安装在第三步进电机(3)的输出轴上、第四全向轮(12)安装在第四步进电机(4)的输出轴上；
所述L型板(26)的一边固定在第一平板(13)上表面的一端，第一U型板(27)的底部固定在L型板(26)的另一边；第一支架(28)安装在第一U型板(27)内，与第一U型板(27)铰接；第一舵机(20)安装在第一支架(28)上，用于控制第一支架(28)在第一U型板(27)内的转动角度；第二U型板(29)的底部固定在第一支架(28)上，第二U型板(29)内安装第二支架(30)，第二支架(30)与第二U型板(29)铰接；第二舵机(21)安装在第二支架(30)上，用于控制第二支架(30)在第二U型板(29)内的转动角度；第三支架(19)安装在第二支架(30)的上部；机械爪(23)与第三支架(19)铰接，第三舵机(22)安装在第三支架(19)上，第三舵机(22)的输出轴与机械爪(23)相连，用于控制机械爪(23)的张合大小；
所述第一电路板作为遥控板，它包括第一电源模块、信号检测与识别模块、第一单片机、第一蓝牙通讯模块；其中，所述第一电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；信号检测与识别模块和第一蓝牙通讯模块均与第一单片机相连，其中，信号检测与识别模块引出一根耳机线，用于与手机的耳机接口连接，检测手机按键音对应的DTMF信号，并判断其特征频率，识别所接收信号对应的按键号，并根据不同识别结果产生特定的引脚电平变化；单片机接收信号检测与识别模块的引脚电平变化，根据电平变化通过串口传输相应按键号对应的值给第一蓝牙通讯模块；
所述第二电路板固定在第二平板上，它包括由第二电源模块、第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块、第二单片机、第二蓝牙通讯模块；其中，所述第二电源模块将外部输入电源引入电路并调压至5V，为其他模块提供相应的工作电压；第一步进电机驱动模块、第二步进电机驱动模块、第三步进电机驱动模块、第四步进电机驱动模块和第二蓝牙通讯模块均与第二单片机的I/O端口相连；其中，所述第一步进电机驱动模块用于驱动第一步进电机(1)；第二步进电机驱动模块用于驱动第二步进电机(2)；第三步进电机驱动模块用于驱动第三步进电机(3)；第四步进电机驱动模块用于驱动第四步进电机(4)；第一舵机(20)、第二舵机(21)、第三舵机(22)均与第二单片机的PWM输出端口相连；第二蓝牙通讯模块用于接收第一蓝牙通讯模块传送的信息，并同串口传送给第二单片机；第二单片机作为核心控制部分，用来控制第一至第四步进电机驱动模块及第一至第三舵机，控制继电器的通断，并接收第二蓝牙通讯模块发来的串口信息。
2.根据权利要求1所述的基于DTMF信号的声控机器人，其特征在于，还包括均匀安装在第二平板(14)的下表面的第一步进电机座(5)、第二步进电机座(6)、第三步进电机座(7)、第四步进电机座(8)；第一步进电机(1)安装在第一步进电机座(5)上；第二步进电机(2)安装在第二步进电机座(6)上；第三步进电机(3)安装在第三步进电机座(7)上；第四步进电机(4)安装在第四步进电机座(8)上。
3.根据权利要求1或2所述的基于DTMF信号的声控机器人，其特征在于，还包括直流灯泡(24)、直流灯泡底座(25)和继电器；其中，所述直流灯泡底座(25)粘贴在第一平板(13)上表面，直流灯泡(24)安装在直流灯泡底座(25)上，用于照明；直流灯泡(24)与继电器相连，继电器与第二电路板的第二单片机的I/O端口相连，继电器用于隔离控制12V电压的通断以控制直流灯泡(24)的亮暗。
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