邵婷婷 高腾飞 刘石林 周杨乐

（1-延安大学物理与电子信息学院 陕西 延安 716000 2-延安大学信息与通信工程研究所）

引言

随着经济的发展和人们收入水平的提高，新的生活理念和完善的休假制度，使人们在满足物质生活需求后，越来越关注精神的需求，旅游业随之日益红火起来，成为一种时尚的消费方式[1]。文化生活品味的提高使人们已经不再满足于单一的观光旅游，而更多的是想知道古迹、名胜背后的故事。景区导游的语言讲解满足了游客的这一需求，但是人工的导游和讲解是重复性工作，时间长了非常枯燥乏味[2]，同时现有的人工导游服务质量往往不能满足与日俱增的游客数量的需求，旅游途中要听讲解就不能自主游览，尤其是多个导游同时讲解的时候，游客大多听不清或者听不到讲解内容，旅游质量大大降低[3]。为减轻人工导游的重复性劳动，使游客能自主游览景点并能了解文化内涵，本文针对景点、展区位置短期不变的景区，设计了一款智能导游小车，可按照在景区内预先设置好的游览路线带领游客游览参观，能在相应的站点显示站点名称并语音播报该景点的相关文化故事，游客也可以选择自主游览模式，选择自己感兴趣的景点由小车带领到达听取相关的介绍。实验样机测试表明，该系统运行准确稳定，实现了既定的功能，操作方便，可应用于一些小型的室内展览场所。

1 系统方案设计

本文以单片机STM32F103ZET6为控制核心，针对一些位置短期不变的室内展区设计了一款智能导游小车，先在景区内预先设置好游览路线和站点，采用L298N作为驱动模块，为小车提供动力并带领游客游览参观，采用红外寻迹传感器TCRT5000检测小车是否按照既定路线行进并到达了景点介绍的播报点，如果到达了预定的播报点则通过12864液晶显示屏显示站点信息，并通过语音播报模块W32-JQ-8400为游客讲解景点的相关文化故事。同时通过按键也可以选择自主游览模式，游客可以根据自主游览的需要，选择自己感兴趣的景点由小车带领到达并听取相关的介绍。本系统主要包括红外寻迹检测模块、红外避障检测模块、驱动模块、语音模块、单片机主控模块、显示模块和按键控制模块等，其总体系统框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统硬件设计

图2 红外寻迹模块电路图

2.1 信号采集模块

2.1.1 红外寻迹模块

该模块采用的是TCRT5000红外反射式光电传感器，由高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成[4]。传感器的红外发射二极管不断发射红外线，当发射出的红外线没有被反射回来或被反射回来的强度不够大时，光敏三极管一直处于关断状态，此时模块的输出端为低电平[5]，小车处于寻迹状态；当红外线被反射回来的强度足够大时，光敏三极管饱和，此时模块的输出端为高电平，小车停止，说明到达了某个站点。其电路原理图如图2所示。

2.1.2 红外避障模块

本文采用半导体红外避障模块检测障碍物，包括发射与接收两部分，检测距离可根据要求进行调节，其电路原理图如图3所示。发射管L1不断发送红外信号，遇到障碍物会反射，被L2接收，若没有检测到障碍物或者障碍物较远时，反射回来的信号比较弱，比较器LM393A输出高电平，小车继续循迹前进；如果在预设的检测范围内检测到障碍物，则反射回来的信号较强，比较器LM393A输出低电平，小车停止前进，等障碍物离开其既定路线后继续前进。

图3 红外避障模块电路图

2.2 驱动模块

本文电机驱动模块采用的是L298N，该模块性能好，启动转矩大，最高工作电压可达46V[6]，并且可以驱动2个二向电机，既可以直接通过电源来调节输出电压，也可以通过单片机的端口提供PWM信号。其电路原理图如图4所示，L298N驱动2台直流减速电机A和B，由单片机定时器端口给出PWM信号控制其2个使能端，IN1和IN2分别控制小车左轮，IN3和IN4分别控制小车右轮，通过调节PWM的输出频率即可实现直行和转弯等动作。

图4 驱动模块电路图

2.3 信号处理模块

本文采用STM32F103ZET6单片机作为主控芯片。该芯片是基于ARM Cortex-M3的32位微控制器[7]，内部集成USB外设，既降低了开发成本，也提高了设备通信的稳定性，7个定时/计数器最多可产生28个精准的PWM信号，便于控制电机。系统功能强大，性价比高，满足系统的设计要求。其最小系统电路图如图5所示。

2.4 显示模块

本文显示模块采用LCD12864液晶显示器，LCD12864功耗低，体积小，超薄轻巧，能实时显示当前站点的名称和该站点要播放的内容（内容在第二行循环显示），如果离开相应站点，则不显示任何内容，直到下一个站点再继续显示该站点的名称和内容。

其电路图如图6所示。

图5 单片机最小系统电路图

图6 LCD12864液晶显示电路图

2.5 按键模块

本文包含8个直控按键，SW0为模式切换按键，当该按键按下则小车进入自主游览模式，若没按下则按既定路线行驶，播报；SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6分别对应编码好的景点，按下哪个站点相对应的按键即行驶至相应站点进行播报，按键SW7为循环播放按键。其电路图如图7所示。

图7 手动控制按键电路图

3 系统软件设计

本文软件部分采用模块化设计，在KEILMDK编程环境中进行程序编写，其丰富的固件库使开发者不需要接触底层的寄存器，只需要通过直接操作库函数即可[8]，大大提高了编程效率。本系统主要由寻迹子程序、避障子程序、语音播报子程序、按键扫描子程序、LCD显示子程序等组成，其主程序流程图如图8所示。

图8 主程序流程图

4 结束语

本文针对一些小型且需要人工讲解的室内景点展区，设计了一款智能导游小车。采用寻迹和避障检测相结合的方式，大大降低了小车出现事故的几率，到达设置好的站点后会显示站点名称和播报内容，并同时通过语音进行播报，用户还可以通过按键选择自主游览模式，选择自己感兴趣的景点由小车带领到达并听取相关的介绍。实验样机测试表明，该系统运行准确稳定，结构简单，便于操作，可用在一些小型的室内展览场所。