基于单片机的声音引导跟踪系统

第1章绪论随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高。

由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。

通过声音导航定位，引导机器人往目的地运动，实现机器人的路线选择及较精确定位。

组建基于单片机的的声音导航定位系统，完成整个系统的软硬件设计。

机器人听觉定位跟踪声源系统研究是当前国际上的前沿课题。

它是机器人实现智能化必不可少的一部分，是智能科学研究成果在机器人上的体现。

尽管取得了一些令人鼓舞的成果，但是机器人距离实现智能化还有很长的路要走。

随着脑科学、认知科学和人工智能等学科研究的发展，机器人听觉能力必将产生突破性的进展。

1.1课题研究的目的与意义信号与信息处理学科是信息科学的重要组成部分，该学科水平的高低反映一个国家的整体科技水平。

数字信号处理已在通信、声音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天等领域实现广泛应用。

数字信号处理的主要研究对象是声音信号和图像信号。

现代技术发展中，实现智能化、数字化是控制系统的重要发展方向。

而声音信号的处理是重要应用之一。

滤波是声音信号处理的重要部分，其主要目的是在信号中提取有用信号，屏蔽无用的噪声。

将提取的有用信号进行处理，从而控制硬件实现智能化。

声音控制小车是未来智能化发展的方向之一。

声音定位在人和动物的日常生活中着重要意义。

通过声音导航定位，引导机器人往目的地运动，实现机器人的路线选择及较精确定位。

组建基于单片机的的声音导航定位系统，完成整个系统的软硬件设计。

声音滤波电路在实际生活中有很多应用，可以通过声音的采集滤波实现对某种声音的响应，比如智能声控机器人，通过人的声音对智能机器人实现起名，控制向左、向右行走等。

1第1章绪论1.2课题研究的内容与要求声音定位在人和动物的日常生活中着重要意义。

通过声音导航定位，引导机器人往目的地运动，实现机器人的路线选择及较精确定位。

组建基于单片机的的声音导航定位系统，完成整个系统的软硬件设计。

设计了一个基于单片机的声音引导跟踪系统，利用传声器（MIC）接收从机发出的声音信号，经过前级信号调理电路，完成信号的检测；由主机控制芯片MCU对采集的声音信号进行处理，跟踪声源，计算出与移动声源位置信息，显示出相对关系，从而实现了对移动声源跟踪。

系统包含传感器的信号采集，液晶显示部分和电机驱动的电路选型设计，以及单片机的程序设计。

利用L298N双H桥电路组合而成的驱动模块，以LED数码管所组成的显示模块等组成的外围车载电路，辅之以接近硬件的汇编语言进行软件编程，实现了电动小车根据接收器传回的信号，启动，加速，变速，限速，停止，转向等各项运动，并能够通过LED显示小车行驶的路程和时间。

本系统通过调节PWM占空比来改变小车的速度，实现了对小车速度的精确控制，达到了很好的效果，可广泛应用于控制领域。

1.3国内外发展现状机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功。

进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。

一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。

另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。

本文对服务机器人技术的研究现状和应用及其未来发展进行了综述。

21.3.1国内智能机器人发展概况机器人产业是近30年发展起来的新型产业。

我国政府早就开始组织了对工业机器人的攻关，到了1987年，国家高技术研究开发计划就把智能机器人作为七大重点领域之一进行集中研究。

经过十几年的艰苦奋斗，我国在水下、空间、核领域等特殊机器人方面取得了令人欣慰的成果，一批机器人产品和机器人应用工程应运而生。

到20世纪90年代末，我国共完成了l00多项工业机器人应用工程，建成了20个机器人产业化基地，从事机器人研究、开发和应用工程单位200多家，专业从事机器人产业开发的50家左右，全国工业机器人用户近800家，拥有工业机器人约4000台。

2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》前沿技术中，我国将智能服务机器人列为重点方向，提出加大科技投入与科技基础条件平台建设。

经过20多年的发展，我国已在多项机器人关键技术中取得了突破性的发展。

以中科院沈阳自动化研究所及清华大学、东北大学、哈尔滨工业大学为代表的我国机器人研究基地,已经取得了令人瞩目的成果。

比如1989年我国研制的水下机器人就已出口到美国。

1995年我国又成功研制了深潜水下机器人。

同年我国自主开发的机器人关键技术出口韩国。

1997年我国的高性能机器人控制器投入批量生产。

这些具有代表性的技术成果均达到当时国际上的先进水平。

我国在机器人领域不但狠抓技术攻关,同时也注重人才培养。

为我国培养了一大批机器人技术的研究人才。

近10年来，我国涌现出机器人领域的学术带头人近100名，共发表具有一定学术价值的论文6 000多篇。

在国家的有力支持下，我国机器人步入了跨跃式发展时期。

据不完全统计,在机器人领域中76项关键技术及应用基础技术的研究成果达到了国际先进水平。

获国家科技进步奖23项，省部级科技进步奖130多项，发明专利500多项，实用型专利120多项。

从应用情况看,我国的机器人已经逐步走向产业化。

国家已将沈阳新松机器人自动化股份有限公司等9个单位确定为以智能机器人研究为主题的产业化基地。

现在全国约有工业机器人用户700多家，拥有工业机器人大约4200台，其中国产机器人占1/5，其余从日、美、德等40多个国家进口。

由以上分析可以看出,近10年来我国机器人技术得到了迅速的发展。

从技术水平上看，在某些方面与世界机器人技术水平的差距不是很大。

但是,从应用的广3第1章绪论泛性来讲我国与日美发达国家相比就有很大的差距。

特别是比较现役机器人的数量，我国与国际强国相比差距更大。

我国对服务机器人的研究起步很晚，但国家对此非常重视，1986年3月才开始把研究、开发智能机器人的内容已列入国家863高科技发展规划中，从1986年至2009年的20多年中，智能机器人主题在863的旗帜下，团结了近几千人的研究开发队伍，圆满完成各项任务，建成了一批高水平的研究开发基地，造就了一支跨世纪的研究开发队伍，为我国21世纪机器人技术的持续创新发展奠定了基础。

我国对服务机器人的研究起步很晚，但国家对此非常重视，1986年3月才开始把研究、开发智能机器人的内容已列入国家863高科技发展规划中，从1986年至2009年的20多年中，智能机器人主题在863的旗帜下，团结了近几千人的研究开发队伍，圆满完成各项任务，建成了一批高水平的研究开发基地，造就了一支跨世纪的研究开发队伍，为我国21世纪机器人技术的持续创新发展奠定了基础随着工业机器人技术发展的深度和广度以及只能水平的提高，工业机器人已在众多领域得到了应用，并还在不断的扩大，已从汽车制造业推广到机械加工行业、电子电气行业、食品行业等领域中。

1.3.2国外智能机器人发展概况日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，这和他们的机器人文化也有关，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金。

韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大发动机产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。

美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折4道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。

德国的社会环境却是有利于机器人工业发展的,因为战争，导致劳动力短缺，以及国民技术水平高，都是实现使用机器人的有利条件。

到了70年代中后期，政府采用行政手段为机器人的推广开辟道路,即对于一些有危险、有毒、有害的工作岗位，必须以机器人来代替普通人的劳动，这个计划推动了服务机器人技术的发展。

德国经过近十年的努力，其服务机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平，这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，大力支持服务机器人研究计划，并且建立起一个完整的科学技术体系，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。

从70年代末开始，英国政府推行并实施了一系列支持机器人发展的政策和措施，如广泛宣传使用机器人的重要性、在财政上给购买机器人企业以补贴、积极促进机器人研究单位与企业联合等，使英国机器人开始了在生产和服务领域广泛应用及大力研制的兴盛时期。

俄罗斯由于没有国家发展服务机器人的统一规划，有限的国家订货和市场需求使得俄罗斯机器人技术的发展以科研和实验为主，以储备技术，便于随时根据市场需要制造出高质量的机器人，当前俄罗斯机器人的技术面临的问题是机器人技术的智能化程度较低，需要不断地增加功能、同时完善技术和提高质量。

1.4智能移动机器人的广泛应用现代智能移动机器人基本能按人的指令完成各种比较复杂的工作，如深海探测、作战、侦察、搜集情报、抢险、服务等工作，模拟完成人类不能或不愿完成的任务，不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务，在不同领域有着广泛的应用。

智能移动机器人按照工作场所的不同，可以分为管道、水下、空中、地面机器人等。

管道机器人可以用来检测管道使用过程中的破裂、腐蚀和焊缝质量情况，在恶劣环境下承担管道的清扫、5第1章绪论喷涂、焊接、内部抛光等维护工作,对地下管道进行修复；水下机器人可以用于进行海洋科学研究、海上石油开发、海底矿藏勘探、海底打捞救生等；空中机器人可以用于通信、气象、灾害监测、农业、地质、交通、广播电视等方面；服务机器人半自主或全自主工作、为人类提供服务，其中医用机器人具有良好的应用前景；仿人机器人的形状与人类似，具有移动功能、操作功能、感知功能、记忆和自治能力，能够实现人机交互；微型机器人以纳米技术为基础在生物工程、医学工程、微型机电系统、光学、超精密加工及测量等方面具有广阔的应用前景。

在国防领域中，军用智能移动机器人得到前所未有的重视和发展，近年来，美英等国研制出第二代军用智能移动机器人，其特点是采用自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅等能力，能够自动跟踪地形和选择道路，具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。