一種基于stm32的家用監控機器人控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人領域，尤其涉及一種家用監控機器人的控制系統。
【背景技術】
[0002]信息化高速發展的今天，工作節奏越來越快，人們需要從繁雜的家庭勞動中解脫出來，同時，人口老齡化越來越嚴重，更多的老人需要照顧，老齡化家庭結構必然使更多的年輕家庭壓力增大，而且生活節奏的加快和工作的壓力，也使得年輕人沒有更多時間陪伴自己的孩子，隨之醞釀而生的將是廣大的家庭服務機器人市場。
[0003]監控機器人作為服務機器人的一種廣泛應用與室內、外環境下的陪護、看守、安保、巡邏以及后勤服務等，適用于家庭、機場、核電站、監獄以及邊界巡邏等場所。當前，家用監控機器人的控制系統通常都是基于單片機等低端微處理器，其處理能力有限、集成度較低，同時，隨著監控機器人的功能越來越多，增加了其控制系統外圍功能接口的數量，現有的控制系統已經不能滿足家用監控機器人控制的需求。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于STM32的家用監控機器人的控制系統，本系統充分利用了 STM32處理速度快、接口豐富等特性，集成了無線通信模塊與視頻采集與傳輸模塊，以及具有多種功能的傳感器模塊和電機控制模塊，在提高控制系統集成度的同時，實現了機器人的快速準確控制。
[0005]為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是:一種基于STM32的家用監控機器人的控制系統，其特征在于:所述控制系統包括上位機、STM32控制器、傳感器模塊、無線通信模塊、電機控制模塊、電源模塊，所述上位機用于下發運動指令并接收和顯示機器人的狀態信息；所述STM32控制器用于接收上位機下發的運動與通信指令，并根據指令實現通訊接口、脈沖輸出、I/O狀態管理、信息采集與處理；所述傳感器模塊用于實時監控房間內的溫濕度、瓦斯濃度、煙霧濃度，同時光電傳感器、超聲波傳感器用作于機器人避障；所述無線通信模塊用于STM32控制器與上位機的通信；所述電機控制模塊用于控制機器人驅動電機與攝像頭云臺舵機的運動控制；所述電源模塊用于為各模塊提供電源。
[0006]優選的，所述上位機為普通的PC機，設置有基于Windows平臺的機器人控制界面以及無線通信模塊的驅動程序，用于實現機器人狀態的初始化、實時顯示監控畫面，上位機發送指令，通過無線通信模塊傳送給STM32控制器；上位機程序中定時調用的讀取數據函數，會通過驅動程序定時將無線通信模塊中的數據讀取上來，并在上位機程序中實時顯示，實現數據的上傳下傳。
[0007]優選的，所述STM32控制器采用高性能CortexTM_M3內核的32位微處理器STM32F103ZET6，其廣泛應用于工業控制、汽車電子、醫療器械等行業。STM32具有豐富的內部資源以及豐富的外部擴展功能，時鐘頻率能夠達到72MHZ，因此具有較快速的處理速度，能夠滿足高速通信的要求，其功能是按控制系統程序賦予的功能，接收并存貯上位機發送的控制程序代碼和數據，用掃描的方式接收傳感器模塊的狀態和數據，并將其傳送、組合、比較、變換，完成控制程序中規定的邏輯控制或運算任務。
[0008]優選的，所述傳感器模塊包括煙霧傳感器、瓦斯傳感器、光電傳感器、超聲波傳感器、溫濕度傳感器，用于檢測房間內的溫濕度以及預防火災及瓦斯泄露災害，同時光電傳感器、超聲波傳感器用作于機器人避障。
[0009]優選的，所述無線通信模塊選用技術比較成熟的Marvell 88W8686芯片，即成品SD10接口的88W8686模塊，其接口簡單，方便與STM32控制器連接，無線通信模塊的主要作用是用來實現上位機與STM32控制器之間的數據傳遞。
[0010]優選的，所述電機控制模塊采用L298N電機驅動芯片，其作用是控制機器人驅動電機的啟動、停止與調速以及控制攝像頭云臺舵機的運轉。
[0011]優選的，所述電源模塊外接開關電源+24V電壓，通過LM2576-12降為12V供直流電機使用，選用DC-DC隔離電源模塊B1205S-2W將+12V降到+5V供傳感器等使用，另外，利用LM2576-5得到標準的+5V為WIFI模塊提供電源，再通過線性穩壓器LM1117-3.3降壓到3.3V為STM32F103VET6等芯片供電。
[0012]本發明的有益效果是:
[0013]1.本發明采用32位微處理器，其數據處理能力強，通信速度快；
[0014]2.本發明的控制系統采用模塊化方法設計，充分利用了 STM32片上豐富的外設資源，這樣既能夠保證每個模塊的獨立性，又能夠實現各部分的互相聯系；
[0015]3.本發明中的電源模塊，硬件設計時充分考慮到隔離、降噪、穩壓、保護，使得電源模塊工作穩定，同時可以輸出+12V、+5V、+3.3V等不同類型的直流電壓；
[0016]4.本發明由于采用模塊化的設計思想，使得各模塊的接口變得十分簡單，同時方便了軟件編程以及機器人后期升級維修；
[0017]5.本發明設計的控制系統采用無線通信的方式實現主從控制，其覆蓋范圍廣通信穩定，數據傳輸速度快。
【附圖說明】
[0018]圖1:控制系統框架圖；
[0019]圖2:電源模塊電路示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖進一步說明本發明的具體結構和工作方式。
[0021]參見附圖1，本發明的基于STM32的家用監控機器人的控制系統，包括上位機、STM32控制器、傳感器模塊、無線通信模塊(例如WIFI)、電機控制模塊、電源模塊、語音模塊。
[0022]所述上位機可以是一臺PC機，所述STM32控制器安裝于所述家用監控機器人中，上位機和STM32控制器之間通過無線通信模塊進行通信。所述上位機用于向STM32控制器下發運動指令，以及接收STM32控制器發來的機器人狀態信息、傳感器數據并顯示。該運動指令包括一個控制程序以及相關數據，STM32控制器接收該控制程序并保存在主控芯片中，通過執行該程序，STM32控制器實現了對家用監控機器人的控制，包括通訊、脈沖輸出、I/O狀態管理、信息采集與處理等。
[0023]優選的，所述STM32控制器采用高性能CortexTM_M3內核的32位微處理器STM32F103ZET6，其廣泛應用于工業控制、汽車電子、醫療器械等行業。STM32具有豐富的內部資源以及豐富的外部擴展功能，時鐘頻率能夠達到72MHZ，因此具有較快速的處理速度，能夠滿足高速通信的要求，其功能是按控制系統程序賦予的功能，接收并存貯上位機發送的控制程序代碼和數據，用掃描的方式接收傳感器模塊的狀態和數據，并將其傳送、組合、比較、變換，完成控制程序中規定的邏輯控制或運算任務。
[0024]所述無線通信模塊優選采用技術比較成熟的Marvell 88W8686芯片，即成品SD10接口的88W8686模塊，其接口簡單，方便與STM32控制器連接，無線通信模塊的主要作用是用來實現上位機與STM32控制器之間的數據傳遞。
[0025]所述傳感器模塊也安裝于所述家用監控機器人上，其包括了多種類型的傳感器，例如煙霧傳感器、超聲波傳感器、光電傳感器、瓦斯傳感器、溫濕度傳感器。煙霧傳感器可以實時監控房間內煙霧濃度，溫濕度傳感器可以實時監控房間內的溫度和濕度，瓦斯傳感器可以實時監控房間內的瓦斯濃度；另外，超聲波傳感器和光電傳感器用于偵測機器人附近的障礙物，從而用于實現機器人行走時的避障。
[0026]所述電機控制模塊優選采用L298N電機驅動芯片，其作用是控制機器人驅動電機的啟動、停止與調速以及控制攝像頭云臺舵機的運轉，當電機控制模塊接收到STM32控制器發出的控制信號后，根據該控制信號，控制驅動電機與攝像頭云臺做出相應動作，從而實現機器人的行走、轉向等動作，以及改變攝像頭方向。所述攝像頭可以進行實時拍攝，拍攝圖像通過無線通信模塊上傳到上位機，從而上位機可以實時顯示監控畫面。
[0027]所述STM32控制器采用“順序掃描，不斷循環”的工作方式，在時間上可以劃分為不斷循環的掃描周期，每個掃描周期分