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1、全自动电子迎宾机器人设计摘 要本电路可安装在商场、宾馆、舞厅等营业场所的门口，利用红外线检测技术自动识别顾客的进、出方向。客人进门时它会说欢迎光临，同时模特会做出弯腰和伸手的示意动作。客人出门时它又会说谢谢光临，同时做出和上述相同的动作。语音电路发出的语音能给人以愉悦、亲切的感觉。该装置不受情绪和天气冷热的影响，对顾客热情如一。增强顾客对该部门的好感，提高该部门的声誉。它将成为一个无人值守的自动迎宾礼仪小姐。用该装置来代替迎宾小姐，不仅经济，而且十分有趣。自动电子迎宾电路工作原理如附图所示。它由红外振荡器IC1、红外接收器D5及D6、互锁单稳态触发器U12A及U12B和语音存储器IC6和IC7
2、等构成。IC1是一片单时基集成电路NE555，接成无稳态多谐振荡器模式，其振荡频率由R11、R9、C1确定，一般可按f=1.443/(R9+R10+R11)C1。关键词：电子迎宾，语音模块，红外线发射，红外线接收AbstractThis circuit can be installentrance in the market, hotel, dance hall and so on. It use infrared examine technology to distinguish the direction of guest coming and coming out automatic.
3、When gust comes in, it says welcome presence, meanwhile, the module can make action of bent waist and put out hand. When gust comes out, it will say thank presence, meanwhile , above making same action. The pronunciation circuit sending out voice can give person joyful and cordial impression. Moreov
4、er, mood and weather temperature cant affect the equipment. It give same cordial to gust. Strengthen the favorable impression of customer to department. And improves the department reputation . It will become a automatic welcoming guest lady with no person on duty. Using this equipment to replace we
5、lcome guest lady, it is not only economic but also interesting. The work principle of automatic electron welcoming guest circuit is shown in attached diagram. It consists of infrared oscillator IC1, infrared receiver D5 and D6, mutually locks single stable state trigger U12A and U12B. and pronunciat
6、ion storage IC6, IC7 IC1 is a single time integrate circuit NE555 .Connect as non-stable state multivibrator pattern, its oscilation frequency determined by R11, R9, C1 generally according to f=1.443/(R9+R10+R11)C1.Key words: welcoming gusts of electron,The pronunciation module,Emission of infrared
7、radiation,The infrared receive目 录1 绪论12 方案论证23 系统框图44 电路的工作原理45 模块介绍65.1 电源模块65.2 检测模块75.2.1 红外信号发射模块75.2.2 红外信号接收模块85.3 互锁控制模块95.3.1 电压比较器LM32495.3.2 双四位加法计数器CD4518105.4 语音控制模块115.4.1 主要特性115.4.2 封装形式125.4.3 引脚描述125.4.4 录放音的操作方式135.4.5应用线路图145.4.6 TDA2822功放集成电路146 模特动作控制模块167 整体电路图168 印刷电路板189 结束语1
8、9谢辞20参考文献211 绪论机器人是人类二十世纪的一项重要发明。1959年美国的英伯格和徳沃尔制造出世界上第一台工业机器人，之后，世界各国都在争相开展机器人研究，机器人的的功能和应用领域一直在不断地拓展。我国机器人起步究较晚。先后经历了二十世纪70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。1972年，中国科学院沈阳自动化所开始了机器人的研究工作。1977年，南开大学机器人与信息自动化研究所研制出我国第一台用于生物试验的微操作机器人系统。1985年12月12日，我国第一台重达2000公斤的水下机器人“海人一号”在辽宁旅顺港下潜60米，首潜成功，开创了机器人研制的新纪元。随后，我国研制
9、的机器人相继问世：中国科学院沈阳自动化所研制成功了体重36公斤，身高1米的缆浮游作业轻型“金鱼二号”水下机器人；中科院长春光机所发明的“四足遥控仿生载重步行机器人”，在1986年中国第二届发明展览会上获金牌奖；1987年又获第15届日内瓦国际发明与新技术展览会银牌奖。而在竞争日益激烈的今天,各行各业为提高竞争力，纷纷推出了各种新、奇的事物来吸引消费者。经过长时间的市场调查,发现各种商场、宾馆、舞厅等场所其门口都站有一排或两排迎宾小姐，这种迎宾方式不但耗费了大量的物力资源，而且由于现在人力成本的不断的增加,这样就大大增加了企业的生产成本，此外还会由于服务人员长时间的从事单调重复的工作,造成对工作
10、的热情锐减,从而影响服务质量。针对这一现象我决定开发设计一套自动电子迎宾机器人装置，虽然现在市场上使用的自动电子迎宾运用了人体感应检测和语音输出来实现的，但是这种产品没有进出识别功能，人性化程度比较低，不能全方位的体现人的服务特点。市场上至今还未出现这种比较完善的自动电子迎宾机器人产品。相比之下，自动电子迎宾机器人体现出强大的优越性，现在所开发的这套电子迎宾机器人装置,不但成本低廉,而且工作性能稳定,还能为消费者提供感官上的人性化服务。伴随微电子技术与数字化技术的发展，开发出一种服务质量好、智能化程度高、经济实用的自动控制系统成为诸多工程技术人员的追求。而电子机器人不仅便于统一管理，而且能减少
11、人力资源，还对环境改善、提高经济效益都有着显著的效果。为此我们决定设计这种新型的自动电子迎宾机器人来代替人力。该电子迎宾机器人装置是以红外线为传感源，加以语音和动作控制电路组装而成，能在动作控制电路的自动控制下做出部分人性化的迎宾动作，而且还能随时任意改变语音电路中的录音,以满足不同场所的不同使用效果。该电子迎宾机器人装置的开发设计，符合社会经济发展的必然趋势，在投放市场时一定能得到广泛的应用，并且具有广阔的市场前景。因此,将本论文及实物设计好是我所要完成的任务。2 方案论证本设计控制系统是采用红外线控制的，红外线控制是个很广泛的技术领域，它是通过一定的技术对被控物体实施一定距离的控制,普通的
12、红外探测器只能探测人体运动的红外光谱产生信号，它不能分辨人体运动的方向，不能依据人体运动不同的方向产生不同的信号触发相应控制电路。因此，它只要见到人便产生信号，不能满足某些产品的特殊要求。根据新近研发的方向识别红外探测模块突破了原有的模式，它能识别人进来（向左运动）或者出去（向右运动）而产生不同的通道信号去触发相应的控制电路，实现某些产品的功能要求。本设计中优先考虑了以下几种控制方式：（1）红外线接收解调专用集成电路CX20106的控制：它的电路外围还需要接一些电阻和电容元件，做成印刷板时需要把二极管、三极管、电阻、电容、集成块做在一块，并且外壳需要金属封装，因此体积比较大，抗干扰能力也比较弱
13、，长期使用会使它的频率发生偏移，现在市场上这种红外接收已被淘汰。（2）TX05D反射式红外控制：实际上是一种一体化的红外线发射，接收器件，它内部包含红外线发射，接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。由于TX05D内部采用了低功耗器件和抗干扰电路，所以工作稳定可靠，性能优良，可广泛应用于各种自动检测，本器件属模块化产品，全部电路焊装在一只 46x32x17mm（不包括安装支架）的塑料盒内。盒的侧面设有状态指示和灵敏度调节孔，一只红色发光管用来指示开关的工作状态，平时熄灭，有反射物时发光。灵敏度调节孔用来调节反射检测距离，顺时针调整距离
14、增大，逆时针调距离减小。TX05D通过一条1.5米的双芯屏蔽线作为输出引线，其中红色线为电源正极，白色线为输出端，铜网接电源负极。白色线静态时为低电平，有反射物时输出高电平。实际应用时，如需加长引出线，可选用相同材质的双芯屏蔽线即可。但是它的检测距离与工作电压有关，电压越高检测距离越远。TX05D的电参数：工作电压512V，极限电压15V，工作电流520mA，最大30mA，对应检测距离为0120，当工作电压12V时，输出最大灌电流大于50mA，最大输出电流大于3mA。TX05D的输出端内部电路见图2，由于考虑器件的通用性和输出保护措施，加入了限流保护电路，当外接负载超过额定值时启动保护，自动减
15、小电流输出，以保护组件和外部负载的安全。如用户有特殊需要或批量定货时可申请减去保护电路，以便能直接驱动功率较大的负载，如电机，继电器等。TX05D的工作原理：当TX05D接通电源后，即从模块内部的红外线发射管向前方发射38KHZ的调制红外线，一旦有物体或人体进入有效范围内时，红外线就会有一部分被反射回来，被与发射管同排安装的光敏接收管收到并转换成同频率的电信号后，由模块内部电路进行放大，解调，整形，比较处理后，在输出端给出高电平信号。模块的红外线发射能力与工作电压有关。工作电压越高，红外线发射功率越强，检测距离就越远；反之，电压低，检测距离就相对较近。在TX05D的前方或侧面不应有大面积的阻挡
16、物或反射物，影响其正常工作。所以根据本设计的要求不宜采用这种控制电路。（3）红外线二极管控制：使用红外发光二极管获得近红外光是相当简便的。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。红外发光二极管的特性：红外线是一种不可见光，人眼是觉察不到的。电子技术中是用红外发光二极管(又称红外发射二极管)来产生红外线。常用的红外发光二极管(如SE303、PH303)，其外形和发光二极管LED相似，红外发光管正向导通工作时，发出红外光(近红外线约0.93m)。二极管的管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，二极管
17、的回路中常串有电阻作为二极管限流电阻。采用红外线二极管去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光电转换元件，如红外接收二极管，光电三极管等。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式是指发光管和接收管相对安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列在一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。在本设计中红外光发射模块如图3所示，555时基振荡器产生一定占空比的脉冲信号，驱动红外发光二极管，使其发射出一系列等幅的红外光脉冲信号。红外接收
18、模块如图4所示。光电探测器（红外光电二极管）用来将接收到的红外脉冲信号转换成相应的电信号。光电接收管在没收到红外光信号时，光电管中流过的电流很小，即只有很小的“暗电流”，负载上无电脉冲信号输出；当有红外光脉冲信号照射时，光电管的内阻急剧减少，电流增大，并在负载电阻上得到相应的电脉冲信号。由于检测出的信号微弱，需经电压放大器放大后，输出正极性脉冲信号，加至触发电路，使触发器可靠翻转，并输出规范的控制信号，驱动执行机构动作。本装置由语音电路和电机正反转电路组成。这种方案设计比较合理。因红外遥控方式用量大，所以其红外发射、接收电路均有完整的配套器件，这些器件不仅售价低而且可靠，电路简单。依据本课题的
19、要求使用这种控制方式最为经济。3 系统框图本设计是由多个模块组成的控制电路，整个电路主要有红外线发射模块、红外线接收模块、互锁控制模块、语音控制模块、模特动作控制模块等5大模块组成。系统各模块之间的关系示意图如图1所示。互锁控制模块红外线接收模块语音控制 模块模特动作控制模块红外线发射模块图1 系统总体框图4 电路的工作原理该电子迎宾机器人控制电路有红外信号发射模块、红外信号接收模块、互锁控制模块、语音控制模块、模特动作控制模块等组成。红外信号发射模块是由555时基集成电路组成的多谐振荡器和红外线发光二极管Ds1、Ds2组成的。其振荡频率为：f=1.443/(R10+ R11+R9)C1由55
20、5型时基集成电路组成的多谐振荡器，其振荡脉冲由555的3脚输出。输出的脉冲信号经R12后可直接驱动红外发光二极管Ds1、Ds2向外发射控制信号。由于一个发射器要同时为进、出两个接收器发送控制信号。因此采用两只红外发射二极管串联并分开安装。红外接收器有两个：一个为进门接收器，另一个为出门接收器。两个接收器均采用红外光电二极管。这样，当电路通电后，其发、收的中心频率一致，在红外光路传输正常（无人遮挡）时，Ds1、Ds2发出的红外光脉冲信号直射在光电接收管U5、 U6的窗口上，U5、U6将该红外光脉冲信号转换成相应的电信号，经LM324放大，D3、D4整流，R5、C2和R6、C3限幅、滤波后，在其4
21、518的输出端14脚和8脚输出低电平信号。该低电平信号对后级电路不发生作用，即语音电路和机械装置不工作。当有客人从大门走进时，其红外光路被人体遮挡住，进门接收器U5接收不到Ds1发来的红外光信号，U5输出便转呈高电平。该上跳变脉冲经U12A、U12D门电路两次反向后，加至CD4518的1脚，经CD4518的3脚输出，触发语音电路发出“欢迎光临河南科技学院“的礼貌问候语，同时门外的模特做出弯腰和伸手的动作。并且LM324的14脚输出高电平加至CD4518的9脚复位端，将另一发声电路和机械装置封死，使之不会发出“欢迎下次再来”的出门欢送语音信号和机械动作。在另一条“出”红外光路中，“出”红外光路的
22、电路工作原理与上述“进”红外光路类同。当“出”红外光路传输正常（不受遮挡）时，U6输出低电平，该低电平信号对后级的电路没有影响 。当“出”红外光路中有人出门时，光路被遮挡，出门接收器U6接收不到Ds2发来的红外光信号，U6输出便转呈高电平。该上跳变脉冲经U12B、U12C门电路两次反向后，加至机械装置电路的9脚 ，经CD4518的11脚输出，触发语音电路发出“欢迎下次再来”的欢送声，同时门内的模特做出弯腰和伸手的动作。并且，LM324的8脚输出高电平加至CD4518的1脚复位端，将另一发声电路和机械装置封死，使之不会发出“欢迎光临河南科技学院”的进门问候语和机械动作。互锁电路的作用是，在客人进
23、门时，使电路在发出“欢迎光临河南科技学院”的同时将“欢迎下次再来”的触发电路和机械装置封锁，使其不能发声和动作；在客人出门时，使电路在发出“欢迎下次再来”的同时将“欢迎光临河南科技学院”的触发电路和机械装置封锁，使其不能发声和动作。互锁电路是有两个T触发器组成的单稳态电路，它的作用是触发、互锁和延时。互锁电路的关系是这样形成的：首先在电路连接上，将单稳态电路U12A的脉冲端接到单稳态电路U12B的复位端，将U12B的脉冲端接到单稳态电路U12A的复位端。这就使U12B的输出状态受U12A输出状态的控制，而U12A的输出状态又受U12B输出状态的控制。这样，当有客人进门时，U1D输出的正向脉冲首
24、先将U12A触发，Q1端输出高电平又将发声电路触发，使发声电路发出一声“欢迎光临河南科技学院”，同时模特做出弯腰和伸手的动作。在U12A输出高电平时，U12A的复位端必然为低电平，这一低电平加至U12B的脉冲端，将U12B封锁，使其不能翻转。这时，即使U1C输出触发脉冲，U12B也不会翻转，发声电路不会发声。同理，当有客人出门时，U1C输出正向脉冲首先将U12B触发，Q2端输出高电平，将另一路发声电路触发，使发声电路发出“欢迎下次再来”的欢送语，同时模特做出弯腰和伸手的动作。在Q2端输出高电平时，U12B的复位端必然为低电平，这一低电平加至U12A的脉冲端，将U12A封锁，使其不能翻转。这时，
25、即使U1D输出触发脉冲，U12A也不会翻转，发声电路不会发声，机械装置不会动作。这两个语音电路是以语音集成电路ISD1820为核心而组成的。两块ISD1820分别储有“欢迎光临河南科技学院”和“欢迎下次再来”语言信号，采用电平、保持触发方式，一经触发，便迅即发出内存的语言信号，时长约为1.5s。两块语音电路分别安装在两个模特身上。门外模特身上装有存储“欢迎光临河南科技学院” 语言信号，门内模特身上装有存储“欢迎下次再来”语言信号。这样就能完成自动电子迎宾的目的。5 模块介绍5.1 电源模块 目前不同的供应商在市场上推出多种不同的电源模块，而不同产品的输入电压、输出功率、功能及拓扑结构等都各不相
26、同。采用电源模块可以节省开发时间，使产品可以更快推出市场，因此电源模块比集成式的解决方案优胜。本设计中电源电路如图2所示。系统采用220V电压供电，220V交流电经过T降压、D1D4整流、C1滤波后产生12V直流电，作为继电器的驱动电压。12V电压经过7805稳压器稳压后产生5V电压，作为控制器的主电源。电容C2作为高频旁路电容，将高频信号旁路到地。同样电容C3为滤波电容，C4为高频旁路电容。R1为限流电阻，在设计的过程中，滤波电容要尽量选择的大，因为在电路中要求电压比较稳定。其中三端稳压器件7805是78xx/79xx 系列三端稳压器件，它们是最常用的线性降压型 DC/DC 转换器，目前也有
27、大量先进的 DC/DC 转换器层出不穷，例如低压差线性稳压器 LDO等（例如，NSC 的 LM2940、LM2651、LM5020，MAXIAM 的 MAX1747 等等）。 78xx/79xx 系列简单易用、价格低廉，直到今天还在大多电路中采用。78xx/79xx系列在降压电路中应注意以下事项：1、输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏； 2、输出电流不能太大，1.5A 是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会导致高温保护或热击穿； 3、输入输出压差也不能太小,大小效率很差。7805稳压集成电路参数：输出电压： 4.75 vmin 5.25 vmax电压调整率：（I0=500ma 8vvi100;T用220V/12V2W优质电源变压器,并且系统