结合家庭自动化的声控轮椅设计与建模

Anoop.K。J1, Inbaezhilan2, Sathish raj3, Ramaseenivasan4, CholaPandian5

印度泰米尔纳德邦金奈萨维塔大学萨维塔工程学院副教授
UG学生，萨维塔大学工程学院，金奈，泰米尔纳德邦，印度
UG学生，萨维塔大学工程学院，金奈，泰米尔纳德邦，印度
UG学生，萨维塔大学工程学院，金奈，泰米尔纳德邦，印度
UG学生，萨维塔大学工程学院，金奈，泰米尔纳德邦，印度

摘要

本课题描述了一种采用嵌入式系统的声控轮椅及家用电器的设计。本设计支持重度残疾人语音激活系统，采用手动开关操作。采用PIC单片机(16F877A)和语音识别处理器(HM2007)支持轮椅和家庭自动化。这是一个独特的系统，结合了语音轮椅控制和家庭自动化，提供了可靠性，安全性和舒适性

关键字

轮椅，PIC微控制器，HM2007，语音命令，接口电路

介绍

使用声控技术来控制轮椅的运动和家庭自动化的想法是为了证明它可以是一个独特的概念，与其他普通项目不同。将这种新技术与机械系统结合使用，以简化日常生活，它将激发人们对日益发展的现代社会的兴趣。许多残疾人没有必要的灵活性来控制电动轮椅上的开关。这对于永远无法移动任何胳膊或腿的四肢瘫痪者来说是一个很好的选择。他们可以通过语音命令更方便地使用轮椅，还可以控制家用电器。本研究的目的是实现一个有趣的应用，使用小词汇量的单词识别系统。所采用的方法基于将微处理器与语音识别开发工具包组合，用于来自依赖说话人的孤立单词。该设计成果可用于以语音指令为基础控制残疾人轮椅和家用电器。为了获得及时的设计，测试表明，选择语音识别套件并使其适应应用会更好[1-2]。

2000年圣母大学的研究表明，目前使用的动力轮椅控制接口可能不足以为大量残疾人提供真正独立的行动能力。调查的受访者报告说，平均约有10%的接受过操作电动轮椅训练的患者在完成日常生活活动训练后无法使用轮椅，或只能极其困难地使用轮椅(Linda Fehr, 2000)。患者资料见表1。从表中，我们可以看到电动轮椅用户使用的主要控制接口类型的列表以及这些控制的充分性。工程的挑战是在动态环境中提供安全有效的机动性。通过深入的研究和设计，电动轮椅和家用电器控制将沿着安全有效的路径前进，为用户提供独立自主的移动。在轮椅上可以进行实时语音处理，长期以来一直被认为是一种自然的辅助动力轮椅使用者，也是残疾人需要帮助以克服身体上的挑战。因此，该项目将为残疾人提供一种使用语音控制轮椅运动的替代方案，并可以确定使用语音控制轮椅的效率。

本课题的主要目标是设计和实现一种残疾人轮椅，它可以由用户语音控制，也可以在语音工具包出现故障时通过开关控制。使用者对轮椅的基本运动和家电的控制有七个条件。比如前后移动、左右转弯、静止或停车、关灯等。

2框图

A.声控轮椅框图

在图1中，操作人员将语音作为输入，以便将轮椅驱动到所需的位置。将语音信号转换为电信号并将信号传递给语音识别模块的麦克风。语音识别模块将模拟信号转换为数字信号，并将信号传输到pic单片机。在继电器开关单元的帮助下，微控制器将做出向前或向后或向左或向右移动的决定

B.声控家电框图

在图2中，操作人员将语音作为输入，以便将轮椅驱动到所需的位置。将语音信号转换为电信号并将信号传递给语音识别模块的麦克风。语音识别模块将模拟信号转换为数字信号，并将信号传输到pic单片机。在继电器开关装置的帮助下，用户可按要求操作风机和灯。

C.系统设计流程图

流程图被用来作为问题的图解表示，并在分析、设计、工作过程或程序中提供完整的解决方案。系统设计流程图如图3所示。

设计的主要部分是控制轮椅的运动。有四种情况的运动被考虑，向前移动，反向移动，向左移动和向右移动。对于速度，用户可以使用“慢速”或“快速”命令。系统通过给语音识别电路施加电源电压来启动。为了快速运行，系统将为电机提供更高的电流。如果用户不希望轮椅高速移动，可以通过对电机施加小电流来设置慢速命令。

轮椅的方向和速度取决于使用者。前进命令轮椅向前移动。对于相反的方向，车轮转动将发生相反的运动。

D.语音命令

左命令将使右轮向前移动，左轮向后移动。右命令使左轮向前移动，右轮向后旋转。在该系统中，通过指定单词命令停止，两个电机的旋转将停止。轮椅系统将回到待机状态或通过关闭语音识别板的电源来结束整个系统。所使用的语音命令如下表2所示。

3线路图

如图5所示，基本PIC连接电路通过引脚13和14连接16MHZ晶体振荡器，复位开关通过引脚1连接。

E.电源

电源电路如图6所示。PIC16F877A所需的理想电压为5V。它不能高于5.5V，因为它会爆炸。不应小于2V。使用LM7805恒定5V给PIC，同时在电源单元使用LM7812给电池充电。在PIC +5v中，给予引脚11、32以及12和31引脚接地

F. HM2007(语音识别套件)

HM2007是一个单片CMOS语音识别LSI电路，具有片上模拟前端、语音分析、识别过程和系统控制功能。由外接麦克风、键盘、64K SRAM存储器和微处理器组合而成的40个孤立字语音识别系统。

该语音识别系统是一个完全组装且易于使用的可编程语音识别电路。可编程，在某种意义上，你训练你想让电路识别的单词(或声音)。这个板允许您尝试语音识别技术的许多方面。它有8位数据输出，可与pic单片机接口控制电机方向。

G.采用UL2003A继电器驱动的电机与pic接口电路

在该项目中，电机通过继电器控制，继电器通过UL2003A连接。为了操作继电器，微控制器的输出电流不足以驱动继电器，因此IC UL2003A被用来放大微控制器的输出电流。因此，继电器可以被驱动来控制电机。

H.收发电路

HT12E编码器IC将4位并行数据转换为D0 - D3引脚串行数据，并将在DOUT可用。该输出串行数据被给予射频发射机。地址输入A0 - A7可用于提供数据安全性，并可连接到GND(逻辑0)或保持开放(逻辑1)。这些地址引脚的状态应与接收端地址引脚的状态相匹配，以便传输数据。只有当传输使能引脚(TE)为LOW时，才会传输数据。1.1MΩ电阻将为HT12E内部振荡器的工作提供必要的外部电阻。射频接收器接收使用射频发射器传输的数据。HT12D解码器将接收到的串行数据转换为4位并行数据D0 - D3。这些地址引脚A0-A7的状态需要与发射机HT12E上的地址引脚状态相匹配，以便数据传输。47KΩ电阻将提供HT12D内部振荡器所需的必要电阻。

四、硬件结果

手动轮椅被设计成带有接口电路的电动轮椅。它使用一个轮椅马达，这是专门设计的目的，以移动轮椅与负载。轮椅马达通常有高扭矩和每分钟高转数(rpm)。图10显示了具有所需接口电路的轮椅的硬件设计。

诉的结论

本文介绍了一种语音控制残疾人轮椅的设计与实现，该轮椅采用语音识别处理器HM2007，并采用开关控制来获取和区分指令，以控制轮椅和家用电器的运动。轮椅的方向现在可以使用指定的语音命令或开关来选择。坐在轮椅上的人可以操作家用电器。例如，不移动，通过语音命令打开和关闭)。该设计不仅降低了目前市场上电动轮椅的制造成本，而且与其他类型的电动轮椅相比具有很大的竞争力。该工程具有安全、舒适、节能、全自动等优点。因此，只有坐轮椅时才需要训练有素的声音。通过在轮椅上实现无线通信，可以改进未来的设计。通过完善这一制度，我们直接改善了社区残疾人的生活方式。

表格一览


表1	表2	表3	表4	表5

数字一览


图1	图2	图3	图4	图5

参考文献

库珀，R.A.(2002)。电动轮椅的智能控制。IEEE工程医学与生物杂志。14:423-431。
西蒙·p·莱文，大卫·a·贝尔，林肯·a·贾洛斯，理查德·c·辛普森，约拉姆·科伦和约翰·博伦斯坦。(1999)。NavChair辅助轮椅导航系统。IEEE康复工程汇刊(4): 4。
G.达文德，A.迦勒，C.迈克尔，H.大卫，C.兰迪。(2003)。远程访问可培训系统。英属哥伦比亚大学:最终报告。
琳达·费尔，埃德温·朗拜因女士，史蒂文·b·斯卡。(2000)。康复研究与发展杂志。重度残疾人轮椅控制接口的充分性:一项临床调查。37(3): 353 - 360。
王晓明，王晓明，等。基于微控制器的语音自动控制系统，电子工程学报，28(8)，2012,642-649。