基于語音識別的智能輪椅的設(shè)計與實現(xiàn)

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摘 要：設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于STC10L08XE智能語音識別輪椅的系統(tǒng)，采用了由 ICRoute 公司設(shè)計生產(chǎn)的語音識別專用芯片——LD3320 芯片，通過STC10L08XE單片機主控，實現(xiàn)了語音命令輪椅前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、停止以及避障功能。

關(guān)鍵詞：語音識別；LD3320；STC10L08XE

隨著科學技術(shù)的進步，智能輪椅的研究已經(jīng)成為一個熱點問題，智能輪椅在作為助老/助殘智能服務(wù)機器人得到廣泛應(yīng)用。在普通輪椅中加入語音識別技術(shù)，用語音命令來控制輪椅的各種運動給用戶帶來了極大的便利。本文對智能輪椅的設(shè)計做了簡單的研究。

1 主控單元

智能輪椅的核心主控單片機是STC10L08XE，該芯片的特點是高度集成，資源豐富，便于二次開發(fā)，支持多種語言編寫。根據(jù)LD3320輸入信號STC10L08XE單機片輸出信號為高低電平，控制電機的轉(zhuǎn)動和停止。

2 電源模塊

智能輪椅的電源由7.5V充電鋰電池提供，為了滿足電源的獨立性，避免相互之間的干擾，各供電系統(tǒng)都采用單獨的穩(wěn)壓芯片處理提供， 7.5V充電鋰電池直接給直流電機提供直流電源，滿足電機轉(zhuǎn)動。 LD3320，主控STC10L08XE所需要的的3.3V直流電源，由7.5V充電鋰電池輸入經(jīng)過LM1117穩(wěn)壓管輸出，為了保證穩(wěn)壓管的性能和穩(wěn)定性，可在中間串兩個二極管。LM1117是電子制作中常用的穩(wěn)壓3.3V的穩(wěn)壓管。電路設(shè)計中添加電容，為了提高其穩(wěn)定性，防止自激振蕩影響性能。另外該電路具有限流的功能，提高了保護性能。

L298N是紅外避障模塊，所需的5V電源由LM7805穩(wěn)壓管提供。采用LM7805，是因為該電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用可靠、方便，且價格便宜。電路設(shè)計中采用三端固定集成穩(wěn)壓電路，旁電容提高了其穩(wěn)定性，

3 語音識別模塊

語音模塊采用LD3320，LD3320 芯片是一款“語音識別”專用芯片，由 ICRoute 公司設(shè)計生產(chǎn)。該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括 AD、DA 轉(zhuǎn)換器、麥克風接口、 聲音輸出接口等。本芯片在設(shè)計上注重節(jié)能與高效，不需要外接任何的輔助芯片 主要特征有： 通過 ICRoute 公司特有的快速而穩(wěn)定的優(yōu)化算法，完成非特定人語音識 別。不需要用戶事先訓(xùn)練和錄音，識別準確率 95%。

4 紅外避障模塊

紅外線避障電路是智能輪椅的“眼睛”，其性能的好壞和抗干擾能力的強弱受外界可見光的影響較大，因此用250Hz的信號對38KHz的載波進行調(diào)制，這樣能減少外界的一些干擾。 接收管采用HS0038A2型號，輸出TTL電平，有利于單片機對信號的處理。避障電路采用紅外線發(fā)射與接收原理，利用單片機產(chǎn)生250HZ和38KHz信號，并利用單片機的中斷對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射，發(fā)射距離遠近由RW調(diào)節(jié)，由于本設(shè)計的小汽車行駛速度較快，所以調(diào)節(jié)避障距離為80cm左右。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)，輸出TTL電平。利用單片機的中斷系統(tǒng)，在遇障礙物時控制電機并使小車停止。

5 實物效果測試

為了驗證智能輪椅的性能效果，我們將基于語音識別的智能輪椅進行實物效果的測試，測試跑到為寬120CM的跑道，包含兩個直角彎道。輪椅的速度為v表示a《V《b，語音發(fā)出到智能輪椅轉(zhuǎn)動完成所用的時間為T表示，發(fā)令時距離障礙物間的距離為S.避障的測距門限80CM小于障礙物間的距離120CM，這樣智能輪椅可以轉(zhuǎn)彎，并始終保持與障礙物間的一定距離，保證輪椅的安全通過。s-v t=80cm

根據(jù)實物測試，智能輪椅必須在一定的運行時間下，保證其在不加速或減速過程中，開始執(zhí)行語音命令，才能完成所需控制，速度V由電機供電電壓決定，經(jīng)過實物多次測試與調(diào)試，測量結(jié)果顯示當電機的電壓為7v時效果比較明顯，控制效良好。

6 結(jié)束語

本文介紹的方案是基于STC10L08XE單片機的語音識別智能輪椅，語音識別芯片LD3320是一個非特定語音識別系統(tǒng)，這樣可以省去大量的語音訓(xùn)練與調(diào)試精力，同時也能滿足了大部分使用者同時使用。效果良好，對普通話要求不太嚴格，經(jīng)過多次實物的調(diào)試與測試，整個系統(tǒng)響應(yīng)良好，語音識別度較高，控制反應(yīng)短。整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，性能優(yōu)良，證明此方案設(shè)計正確。在保證效果的前提下，簡單的解決了現(xiàn)在市場所存在的智能輪椅價格昂貴，維修復(fù)雜，操作復(fù)雜的問題。

參考文獻

1.于慶棟《智能輪椅語音識別與控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)》2012.3

2.王仁杰《智能輪椅驅(qū)動控制與避碰的研究》2009.12

3.何清華 黃素平 黃志雄《智能輪椅的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢》

4.丁向榮《 STC系列增強型8051單片機原理與應(yīng)用》

5. E. Prassler， J. Scholz， M . Str obel， " Maid： M obility assistance fo r elderly and disabled people "， in P roc. 24th I nt. Conf. IE EE In dustrial E lectronics Soc. IE CON '98， Aachen， Germ any， 1998.