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摘 要:设计并实现了一种基于STC10L08XE智能语音识别轮椅的系统,采用了由 ICRoute 公司设计生产的语音识别专用芯片——LD3320 芯片,通过STC10L08XE单片机主控,实现了语音命令轮椅前进、后退、左转、右转、停止以及避障功能。

关键词:语音识别;LD3320;STC10L08XE

随着科学技术的进步,智能轮椅的研究已经成为一个热点问题,智能轮椅在作为助老/助残智能服务机器人得到广泛应用。在普通轮椅中加入语音识别技术,用语音命令来控制轮椅的各种运动给用户带来了极大的便利。本文对智能轮椅的设计做了简单的研究。

1 主控单元

智能轮椅的核心主控单片机是STC10L08XE,该芯片的特点是高度集成,资源丰富,便于二次开发,支持多种语言编写。根据LD3320输入信号STC10L08XE单机片输出信号为高低电平,控制电机的转动和停止。

2 电源模块

智能轮椅的电源由7.5V充电锂电池提供,为了满足电源的独立性,避免相互之间的干扰,各供电系统都采用单独的稳压芯片处理提供, 7.5V充电锂电池直接给直流电机提供直流电源,满足电机转动。 LD3320,主控STC10L08XE所需要的的3.3V直流电源,由7.5V充电锂电池输入经过LM1117稳压管输出,为了保证稳压管的性能和稳定性,可在中间串两个二极管。LM1117是电子制作中常用的稳压3.3V的稳压管。电路设计中添加电容,为了提高其稳定性,防止自激振荡影响性能。另外该电路具有限流的功能,提高了保护性能。

L298N是红外避障模块,所需的5V电源由LM7805稳压管提供。采用LM7805,是因为该电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路,使用可靠、方便,且价格便宜。电路设计中采用三端固定集成稳压电路,旁电容提高了其稳定性,

3 语音识别模块

语音模块采用LD3320,LD3320 芯片是一款“语音识别”专用芯片,由 ICRoute 公司设计生产。该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路,包括 AD、DA 转换器、麦克风接口、 声音输出接口等。本芯片在设计上注重节能与高效,不需要外接任何的辅助芯片 主要特征有: 通过 ICRoute 公司特有的快速而稳定的优化算法,完成非特定人语音识 别。不需要用户事先训练和录音,识别准确率 95%。

4 红外避障模块

红外线避障电路是智能轮椅的“眼睛”,其性能的好坏和抗干扰能力的强弱受外界可见光的影响较大,因此用250Hz的信号对38KHz的载波进行调制,这样能减少外界的一些干扰。 接收管采用HS0038A2型号,输出TTL电平,有利于单片机对信号的处理。避障电路采用红外线发射与接收原理,利用单片机产生250HZ和38KHz信号,并利用单片机的中断对红外线发射管进行调制发射,发射距离远近由RW调节,由于本设计的小汽车行驶速度较快,所以调节避障距离为80cm左右。发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来,红外线接收管对反射回来信号进行解调,输出TTL电平。利用单片机的中断系统,在遇障碍物时控制电机并使小车停止。

5 实物效果测试

为了验证智能轮椅的性能效果,我们将基于语音识别的智能轮椅进行实物效果的测试,测试跑到为宽120CM的跑道,包含两个直角弯道。轮椅的速度为v表示a《V《b,语音发出到智能轮椅转动完成所用的时间为T表示,发令时距离障碍物间的距离为S.避障的测距门限80CM小于障碍物间的距离120CM,这样智能轮椅可以转弯,并始终保持与障碍物间的一定距离,保证轮椅的安全通过。s-v t=80cm

根据实物测试,智能轮椅必须在一定的运行时间下,保证其在不加速或减速过程中,开始执行语音命令,才能完成所需控制,速度V由电机供电电压决定,经过实物多次测试与调试,测量结果显示当电机的电压为7v时效果比较明显,,控制效良好。

6 结束语

本文介绍的方案是基于STC10L08XE单片机的语音识别智能轮椅,语音识别芯片LD3320是一个非特定语音识别系统,这样可以省去大量的语音训练与调试精力,同时也能满足了大部分使用者同时使用。效果良好,对普通话要求不太严格,经过多次实物的调试与测试,整个系统响应良好,语音识别度较高,控制反应短。整个控制系统结构简单,易于操作,性能优良,证明此方案设计正确。在保证效果的前提下,简单的解决了现在市场所存在的智能轮椅价格昂贵,维修复杂,操作复杂的问题。

参考文献

1.于庆栋《智能轮椅语音识别与控制系统的研究与实现》2012.3

2.王仁杰《智能轮椅驱动控制与避碰的研究》2009.12

3.何清华 黄素平 黄志雄《智能轮椅的研究现状和发展趋势》

4.丁向荣《 STC系列增强型8051单片机原理与应用》

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