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                        機械手畢業設計——無線智能澆花機械手臂的設計與實現

                        添加時間:2020/05/25 來源:未知 作者:admin
                        機械手臂的動作通過上位機編程,三種控制方式發送指令成功后,機械手臂便可產生相應的澆花動作。無線智能澆花機械手控制系統將藍牙、語音、GSM技術結合,能夠實現通過語音、短信、手機App、控制機械手臂的澆花動作,可以用在智能家居的其它系統中。
                        以下為本篇論文正文:

                          摘要:無線智能澆花機械手臂就是根據機械手臂及無線傳輸特點設計的,使用者可以只需要說幾句話或者動一下手機就能完成澆花這一過程,甚至在外面發一條短信就可以澆花。系統包括三種控制方式:語音識別控制、短信控制、手機App控制。語音、短信和手機App三種方式都可以對機械手臂進行控制,其中語音控制是需要近距離口令;手機藍牙控制也需要在一定范圍內操縱;短信控制則在任何有GSM信號的地方使用,發條短信即可完成。機械手臂的動作通過上位機編程,三種控制方式發送指令成功后,機械手臂便可產生相應的澆花動作。無線智能澆花機械手控制系統將藍牙、語音、GSM技術結合,能夠實現通過語音、短信、手機App、控制機械手臂的澆花動作,可以用在智能家居的其它系統中。

                          關鍵詞:機械手臂; 智能澆花; GSM; 藍牙; 語音控制;

                          Abstract:

                          Wireless intelligent watering mechanical arm is designed according to the mechanical arm and wireless transmission characteristics. The user can complete the process of watering only by say a few words or move the mobile phone, and even by issuing a message to do it outside. The system includes three control modes: voice recognition control, SMS control and mobile app control. Voice, SMS and mobile app are three ways to control the robot, among which voice control requires short-distance password, Bluetooth control of mobile phone also needs to be manipulated within a certain range, SMS control is used in any place with GSM signal by sending SMS. The action of the manipulator is programmed by the upper computer. After the three control modes send the instructions successfully, the manipulator can produce the corresponding watering action. The design of the wireless intelligent watering manipulator control system combines with Bluetooth, voice and GSM technology, which can be realized by mobile phone app, voice, SMS control of mechanical arm water action, and can be used in other intelligent system in Home Furnishing

                          Keyword:manipulator; intelligent watering; gsm; bluetooth; voice control;

                        機械手

                        目錄

                          0 引言┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ 1
                          1 系統功能介紹┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅2
                          2 系統硬件設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ 3
                          2.1 STC15單片機最小系統┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ 4
                          2.2 語音模塊硬件電路┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅┅ ┅ ┅5
                          2.3 短信控制電路┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅  5
                          3 系統程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  6
                          3.1 短信模塊程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅  7
                          3.2 語音模塊程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅  8
                          3.3 STC15系列單片機串口程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  9
                          3.4 手機App程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ 10
                          3.5 機械手臂動作部分程序設計┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅11
                          4 系統調試┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ 12
                          5 結論┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅13
                          參考文獻┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ 14
                          附錄┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅  ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅ ┅15

                          0 引言

                          隨著人們生活質量的提高,越來越多的人開始豐富自己的生活,尤其是生活在大城市的人,他們由于周圍綠色植物的缺失,慢慢地開始在自己家里面種花養草,這對于生活壓力巨大的城市人來說是一種能釋放壓力的方式。但是有時候由于工作、旅游等事情使人沒法照顧植物,導致植物干枯死亡,尤其是在夏天炎熱之際,所以遠程的智能控制澆花勢在必行[1,2].機械手臂在各種領域都能見到它的身影。多種控制方式不僅讓使用者體驗到這個過程的有趣性,也使機械手臂的控制更具多樣性。本文結合GSM技術和語音識別技術,以及手機軟件的特點設計出一種能夠控制機械手臂澆花的系統。

                          1 系統功能介紹

                          本文的控制方式有三種:語音、短信和手機App.三種方式都可以對機械手臂進行控制,其中語音控制是需要近距離口令;手機藍牙控制也需要在一定范圍內操縱[3,4];短信控制則在任何有GSM信號的地方使用,發條短信即可完成。機械手臂的動作通過上位機編程,三種控制方式發送指令成功后,機械手臂便可產生相應地澆花動作,本文使用的是"玫瑰花"和"蘭花".系統方框圖如圖1所示,硬件部分的語音指令和短信指令發送到STC15單片機,然后傳到機械手臂完成相應的任務,軟件部分的手機App直接發送到機械手臂完成動作。

                          圖1 系統方框圖  

                          2 系統硬件設計

                          2.1 STC15單片機最小系統

                          STC15單片機最小系統的作用是把語音識別模塊和短信模塊傳輸過來的數據處理一遍,再發送到機械手臂上完成相應的動作。

                          2.2 語音模塊硬件電路

                          語音模塊LD3320不僅集成了語音識別處理器還包括一些外部電路,所以簡單的外部電路便可以供其使用,該芯片也不需要外界任何的輔佐芯片,所以直接與單片機相連傳輸數據就可以完成硬件電路的連接。這部分電路設計保證了LD3320芯片的正常工作,也保證了與STC10L0SXE單片機之間的相互通信。

                          2.3 短信控制電路

                          SIM900a電路的9腳和10腳連接的是串口TXD和RXD.這部分電路設計為SIM900a電路提供正常工作的環境,并可以利用串口與該芯片通信[5].

                          3 系統程序設計

                          3.1 短信模塊程序設計

                          短信模塊工作的流程圖如圖2所示,上電之后SIM900a便開始自行搜索SIM手機卡的網絡,搜索到之后,硬件電路上的指示燈閃一下歇三秒,然后通過串口發送AT指令之后便可等待短信的發送。當短信接收到時,SIM900a便經過串口把接收到的數據全發送到單片機或電腦上,然后返回等待下一條短信的到來。

                          圖2 短信模塊流程圖  

                          3.2 語音模塊程序設計

                          上電之后模塊芯片就開始初始化,然后芯片寫入自己定義的識別列表,完成這些內容后便可以語音識別。當模塊檢測到有聲音時就會打開語音識別中斷,調用相關的寄存器開始對比,如果聲音信息和寫入的識別列表有相同的詞,便可以開始后續的發送指令;如果不一致則返回到語音識別待機狀態,等待下一次的識別。

                          3.3 STC15系列單片機串口程序設計

                          我們使用了STC15系列單片機三個串口,這三個串口的部分初始化程序,包括定時器、波特率和中斷的設置。串口一的定時器為TR1=1,串口二的定時器為AUXR|=0x10,串口三的定時器為T4T3M|=0x08.

                          3.4 手機App程序設計

                          手機App程序在運行該手機App后程序會在后臺訪問藍牙,確認藍牙有沒有被打開啟用,如果沒有則彈出打開藍牙的對話框,如果藍牙已被打開則打開App界面可以開始操作。界面上有個"連接機械手臂"的按鍵,按下之后藍牙開始搜索機械手臂上的藍牙,如果搜索到了則會自動連接該藍牙,沒有則會一直搜索10s,然后停止。連接上機械手臂上的藍牙后彈出提示框,便可以控制機械手臂澆花了,程序會監測按鍵是否被按下,按下了便自動發送澆花指令,發送完畢后程序返回等待按鍵再次按下。

                          3.5 機械手臂動作部分程序設計

                          機械手臂的動作設計部分使用配套的上位機軟件編輯而成,可以設置每個舵機的舵機位置滑桿、舵機位置、舵機偏差滑竿、舵機偏差,這些設置完之后保存在機械手臂的控制板里,使用時調用即可。六個舵機的角度設置由自己定義,我們要澆不同的花,只需要設置最下面的舵機角度就行。

                          4 系統調試

                          圖3是本文設計的手機App展示界面。如圖4所示是短信模塊、語音模塊、STC15單片機以及機械手臂控制板的總體連接。我們設計的動作流暢,能夠真實的取水和澆水,三種控制方式也很流暢。

                          圖3 手機App界面  

                          

                          圖4 硬件電路總連接

                          5 結論

                          本文設計的無線智能澆花機械手臂有三種控制方式:語音識別控制、短信控制、手機App控制。這三種控制方式各有特點。這三種控制方式彼此聯系又相互獨立,不會發生沖突,讓使用者無論在家還是在外都能輕松的照顧植物。本文的設計中有軟件設計,也有硬件結合,將無線傳輸融合,構成了多種控制的機械手系統,豐富了機械手臂的使用領域,這是非常重要的。

                          參考文獻
                          [1] 金立森。多點自動澆花機[N].中國電子報,2001-09-02(E01)。
                          [2] 王林生,王臻卓;趩纹瑱C的盆栽澆花機的設計與實現[J].軟件工程,2016(5):45-46,44.
                          [3] 侯衛周,蔣俊華;趩纹瑱C系統的手機藍牙智能鎖設計[J].測控術,2016(6):132-136.
                          [4] 趙霄;趩纹瑱C的藍牙接口設計及數據傳輸的實現[D].北京:北京交通大學,2008.
                          [5] 潘朝,羅小巧,黃佳,等;贕SM短信的智能家居控制系統的設計[J].電子測量技術,2013(6):121-124.

                          附錄(略)

                        (如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

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