基于语音和手势的轮椅使用AVR和Android

Ambarish D. Pundlik¹, Anant.S。Bhide²， Tanvi P.马哈詹^3.

印度布萨瓦尔市圣盖奇巴巴工程技术学院电子与通信系研究生
印度布萨瓦尔市圣盖奇巴巴工程技术学院电子与通信系副教授

摘要

这里实现了一个家庭导航系统，它包括一个轮椅，它通过android手机输入如手势和语音命令，并根据命令导航。老年人或身体有障碍的人可以使用它在家中毫无困难地移动。老年人和残疾人在没有外力帮助的情况下很难移动轮椅，这是很常见的。如果使用HNS，老年人和残疾人只要念出方向名称或移动提供给他们的android手机，就可以移动到特定住宅的不同位置。它还配备了避障技术，当人们无法在正确的时间提供适当的命令时。当用户感觉到有危险时，可以通过手机向预先设定的号码发送安全威胁信息。

关键字

轮椅，HNS，手势，语音指令，残疾人，机器人

介绍

残疾人最常见的形象是坐轮椅的人。轮椅是那些发现自己无法在没有外部辅助的情况下行动的人使用的。老年人的特殊需要可能不同于身体有挑战的人或体格魁梧的人，但他们都有“特殊需要”，通常需要一些协助来完成日常生活。身体有障碍的人使用普通轮椅来导航，通常需要一个外部的人来移动。在这个繁忙的世界里，老年人可能被独自留在家里，也可能找不到合适的人来寻求外界的帮助。这就需要一个自动家庭导航系统，它包括一个轮椅，老人和身体有困难的人可以使用，不需要外界的帮助。所提出的HNS可以使用所提供的android手机的声音和手势进行操作。一个重要的特点是使用轮椅的人的人身安全也得到了照顾。如果感到不舒服或不安全，可以通过手机的STT (speech to text)功能向预先设定的号码发送信息。

算法

A.语音手势轮椅流程图:

系统设计

在这里我们可以了解模型的构造和工作。系统使用Android手机与轮椅通信，使用台式电脑监控轮椅位置。

A.硬件描述

硬件由AVR ATmega32、蓝牙设备、电机驱动器(L293D)、IC ULN2803、外部设备(如手电筒)、两台5转直流电机、用于AVR和蓝牙串行通信的MAX232、温度、烟雾、障碍物距离和光线四个传感器以及一台android手机和一台远程计算机组成，下面逐一说明。

1.ATMega32

图2是ATMega32控制器的引脚图。ATmega32是一款低功耗CMOS 8位微控制器，基于AVR增强的RISC架构。通过在单个时钟周期内执行强大的指令，ATmega32实现了接近1 MIPS / MHz的吞吐量，允许系统设计人员优化功耗与处理速度。

2.L293D

L293D是一个双h桥电机驱动器集成电路(IC)。马达驱动器作为电流放大器，因为他们接受低电流控制信号，并提供高电流信号。这个更高的电流信号是用来驱动电机的。

下图3为L293D的引脚图。使1脚和9脚(对应两个电机)处于高位，电机才能开始工作。当使能输入很高时，关联的驱动程序将被启用。结果，输出变得活跃，并与其输入同步工作。类似地，当使能输入很低时，该驱动程序被禁用，它们的输出关闭并处于高阻抗状态。

一般来说，L293D电机驱动器可以同时控制两台电机或称为双h桥电机驱动器。利用该集成电路，可与直流电机进行顺时针和逆时针两种方向的控制。两个电机的电机操作可以通过引脚2和7以及10和15的输入逻辑来控制。下图为L293D电机驱动器引脚图。

此外，使用L293D驱动电机，它可以同时控制四个直流电机，但运动方向是固定的。L293D输出电流600mA，每通道峰值输出电流1.2A。此外，保护电路免受反电势输出二极管包括在L293D。输出电源为外部电源，范围从4.5V到36V，这使得L293D成为直流电机驱动器的最佳选择。一个简单的原理图接口直流齿轮电机使用L293D驱动电机如下所示:

3.MAX232:

MAX232集成电路用于微控制器与PC机串行通信时，将TTL/CMOS逻辑电平转换为RS232逻辑电平。控制器工作在TTL逻辑电平(0-5V)，而PC中的串行通信工作在RS232标准(- 25V到+ 25V)上。这使得他们之间很难建立直接的联系来相互交流。中间链路通过MAX232提供。下图5为MAX232的引脚图。

4.ULN2803:

ULN28xx系列高电压、大电流达灵顿阵列具有连续负载电流额定值为500 mA的每个驱动器，非常适合低级逻辑电路和多个外围电源负载之间的接口。典型的负载包括继电器，螺线管，步进电机，磁打印锤，多路LED和白炽灯显示器，以及加热器。所有器件都具有带整体式箝位二极管的开路集电极输出。请参阅图6下面的ULN2803的引脚说明。

5.传感器:

它使用了四个传感器——距离、烟雾、温度和光线。近距离和烟雾检测采用红外技术，温度检测采用热敏电阻，光线检测采用LDR。

6.HC 05蓝牙转串口模块:

HC-05模块是一个易于使用的蓝牙SPP(串行端口协议)模块，设计用于透明无线串行连接设置。串口蓝牙模块是完全合格的蓝牙V2.0+EDR(增强数据速率)3Mbps调制，具有完整的2.4GHz无线电收发器和基带。它采用CSR Bluecore 04-外部单芯片蓝牙系统，CMOS技术和AFH(自适应跳频功能)。它的占地面积小到12.7毫米x27毫米。希望它能简化您的整体设计/开发周期。图7为Hc 05模块图像。

7.电源单元

+5伏电源是有用的模拟和数字电路。DTL, TTL和CMOS ic都可以很好地从+5伏电源工作。此外，+5伏电源是有用的电路，使用模拟和数字信号不变的方式。更重要的是，对于我们的目的，+5伏电源将被用作调节所有其他电源我们将建立的主要参考。如果我们在电源电路中使用运算放大器作为控制元件，我们可以很容易地做到这一点。

+5伏电源基于商用7805稳压IC，该IC包含了接受任何8至18伏输入电压所需的所有电路，并产生稳定的+5伏输出，精确到5%(0.25伏)。它还包含限流电路和热过载保护，使IC不会在负载电流过大的情况下损坏;它反而会降低输出电压。

B.电路图:

我们已经讨论了在电路图中可以看到的元件的工作原理。这都是关于轮椅模型的硬件部分。接下来我们将讨论系统的软件部分。

C.软件说明:

在本系统的软件部分，首先是android。它是一种基于linux的操作系统，主要用于使用ARM处理器的智能手机和平板电脑等移动设备，使用Java作为编程语言。NetBeans以构建android应用程序的图形用户界面而闻名。最后，为了与远程监控桌面通信，使用了servlet。

性能分析

A.系统性能分析

在这个android应用程序中有四个GUI(图形用户界面)屏幕。每个工作解释如下-

屏幕1-输入远程监控桌面的IP地址(图10)

屏幕2-新闻网站的url、电子邮件id和密码(参见图11)

屏幕3-通过蓝牙连接到轮椅(参见图12)

Android应用程序的GUI屏幕

在第四个屏幕上(见图13)，控制轮椅的实际操作。在这里轮椅的运动控制有三种模式-按钮，手柄的手势和语音。还提供了发送求助信息和火炬的按钮。

远程桌面监控:

在这里的远程桌面(参见图14)，我们可以监控上图所示的四个传感器值。其次，可以观察到轮椅当前的运动和经纬度位置。同时，还提供了谷歌地图的链接，可以显示轮椅在谷歌地图上的位置。

结论

在这里，我们试图为老年人和各种身体残疾的残疾人提供轮椅。安卓手机已经成为人们日常生活的一部分。拥有同样的东西不再是一件罕见的事情。因此，Android手机被用作与轮椅交流的媒介。

未来的范围

远程监控桌面显示患者移动方向。这种方向指示可以用轮椅上的相机代替轮椅的实际图像。

参考文献

Sarangi P. Parikh, ValdirGrassi Jr.， Vijay Kumar, Jun Okamoto Jr.，“在智能轮椅平台上集成人类输入与自主行为”，IEEE计算机学会卷。2007年3 / 4月，第02期，第22期，第33-41页
杨晓明，李志刚，“一种新型智能轮椅的设计与实现”，中国机械工程学报，Vol. 15, No. 01, pp. 136-143, 2007年3月
S. Fioretti, T. Leo和S. Longhi，“一种用于增加动力轮椅自主性和安全性的导航系统”，《IEEE康复工程学报》，第8卷，第4期，2000年12月
Manuel Mazo, Francisco J. Rodriguez, Josi L. L, Zaro, Jesi Is Urei A, Juan C. Garcia, Enrique Santiso, Pedro Revenga和J. Jesi Is Garcia，“用声音、超声波和红外传感器控制的身体残疾人轮椅”，自主机器人，第02卷，第03期，203-224页，1995年9月
王志伟，王志伟，“基于触摸屏的轮椅控制系统”，中国机械工程，Vol. 2, Vol. 4, pp.1245-1248, 2012 - 04

国际计算机与通信工程创新研究杂志