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智能迎宾机器人控制系统设计

摘要：本文设计了一款基于STM32的智能迎宾机器人控制系统。该系统使用STM32

芯片作为主控芯片，通过语音模块、周边环境检测模块、人脸识别模块的配合，实现了

自主迎宾、路径自主规划、面部及语言识别、人机对话、智能跟随等功能。实际测试分

析结果表明，系统达到了预期设计的目标，具有低成本、低功耗、高性能的特点。

关键词：迎宾机器人；单片机；控制系统；智能

目前，迎宾机器人的控制系统存在功能单一、调试不便、后期维护困难等问题，本

文针对以上问题利用模块化编程思想，设计了一种基于物联网技术的迎宾机器人系统，

通过将嵌入式系统、传感器应用与物联网技术进行有机结合，为迎宾机器人控制系统设

计提供一种新思路。

1系统总体设计

智能迎宾系统利用多种传感设备实现周围游客目的地信息的获取，利用STM32单片

机将采集的信息进行分析，通过WIFI、ZigBee等模块将信息传输至驱动机构，通过机器

人将游客到达相应的地点。

2硬件设计

（1）控制模块

根据本系统具有实时性强、外设多、需具备网络通信功能等特点，选择了

STM32F103ZET6芯片作为核心处理器，其工作电压范围为2.0-3.6伏。它集成了丰富的

片内资源，包括256K至512K字节的闪存程序存储器，高达64K字节的SRAM，3个12位

us级的模数转换器，转换范围为0至3.6伏，多达112个快速I/O口、11个定时器、13

个通信接口等，有效的简化了外围电路的设计以及硬件设计的成本。

（2）语音交互模块的设计

系统采用的是科大讯飞AIUI评估板，将游客提出的问题与云端指令库进行对比，

随后将云端指令库中的信息发送至开发板，开发板进行指令与语音的转换，实现游客与

机器人之间的对话。

（3）周边环境检测模块设计

检测模块由人体感应模块、红外测距传感器、超声波传感器组成。HC-SR501人体感

应模块的信号是数字信号，信号输出端口可以直接连接到STM32单片机。GP2D12红外测

距传感器的信号是模拟信号，可通过STM32单片机的A/D转换模块处理后触发机器人相

应操作。

HC-SR501人体感应模块，是基于红外线技术的自动控制模块，通过热释电效应探测

红外辐射，因人体温度与环境温度有所差别，当人体进入检测区时，传感器有输出；若

人体进入检测区不动，则温度没有变化，传感器没有输出；所以这种传感器可以用来检

测人体活动的传感。人体传感模块通过单片机的I/O口与其连接，传感器模块默认输出

低电平。当人体进入传感器的感应区域时，传感器的输出端将会输出高电平，否则输出

端将输出低电平。当单片机接收到从低电平到高电平的脉冲变化时，就会触发相应的程

序，使机器人进行相应的动作。

GP2D12红外测距传感器，集成红外线发射管与PSD（PositionSensingDevice

位置敏感检测装置），利用光的反射性质，采用三角测量原理，通过红外发射管发出红

外光束，当红外光束遇到障碍物后会被反射回来，落到PSD上，因此在空间中构成了一

个等腰三角形，我们通过借助PSD所获得的相应数据可以测得三角形的底，因为等腰三

角形的两个底角是固定的，所以可通过发射管发出的光束与来PSD所接收到的光束的位

置来确定此时的三角形的底边，之后我们通过三角形的底边以及底角的大小来推算出高，

也就是我们所要的距离。由于传感器模块输出信号微弱，所以需设计放大电路，通过放

大电路对传感器输出信号进行放大，之后将信号发送至STM32单片机的A/D转换模块，

进行模拟量与数数字量之间的转换后得到距离，随后触发相应程序使得机器人与游客、

障碍物保持安全距离、避免出现故障时误伤到游客。

（4）人脸识别模块设计

OpenMV是一款体积小、功耗低、成本低、能够轻松完成机器视觉及图像采集处理

的传感器。并且能够运用高级语言Python所编写的视觉识别算法对其相应的操作，使其

能够对复杂的图像进行处理并输出我们所需的数据。本系统利用OpenMV，通过LBP特

征提取算法，进行人脸检测及人脸追踪。将OpenMV提取到的人脸信息进行解析，发送

至主控板，通过主控板控制相应的器件，实现面向游客讲解景区内容。

3系统软件设计

基于程序模块化的设计理念，本系