新型语音控制轮椅

　　0 引言

　　老年人和残疾人由于身体机能的原因行动不方便,而且这类人口的数量又不断增加的增加, 为这些弱势人群研制专用的代步工具具有积极的现实意义。社会上一些机构早已注意到这一问题, 为他们开发了各种类型的电动轮椅作为代步工具。但是这些电动轮椅几乎都是室外使用的电动车, 不适合室内使用。因此, 我们设计了这款室内外都实用的语音控制轮椅。

　　1 机械构造及运动功能

　　目前的电动轮椅大都是采用前从动轮加后驱动轮的四轮驱动形式, 这种类型的轮椅的一个很大的缺陷是回转半径太大, 例如简单的向两侧的转向将需要较大的回转空间, 这对行走不便的人来说, 在狭小的空间内是不可能实现的。在这里提出一种新型的全方位运动电动轮椅, 其基本结构如下: 轮椅采用六轮结构, 其中电动轮椅的底部四个角上分别安装了四个从动轮, 而底部的中心配置转盘, 转盘下面安装两个差动驱动轮。转盘由一个电磁离合器来控制其状态即打开或关闭, 这样实际上通过转盘将轮椅分成了可控的两部分, 这种结构使轮椅能够实现零回转半径回转和全方向运动。这种轮椅的最大特点就是在能够实现普通电动轮椅的全部运动功能的同时, 能够实现适合室内使用的零半径回转 ( 通过两个驱动轮之间的差动) 和在使用者朝向不用改变时的全方位运动。图 1 是使用者朝向不变的全方位运动示意图。

　　2 语音控制的实现

　　该轮椅没有选用现有的语音控制模块, 而是采用 16位单片机作为控制部件。因为通过对单片机本身功能的开发能够实现语音控制的功能。这样就减少了不必要的浪费, 节约了成本, 提高了轮椅的性价比。

　　2.1 语音信号的预处理

　　语音是连续的模拟信号, 首先要将其变换为脉冲数据, 也就是数字化[1]。图 2 是语音信号的脉冲编码调制(PCM) 图。

　　采样是将连续的语音信号转变成不连续的样本值。采样频率是一个重要参数, 对声音信号采样, 根据shannon 采样定理采样频率应选为声音信号最高频率的 2倍。话音的最高频率一般定为 4kHz, 那么采样频率应大于或等于 8kHz, 即 fs>2fmax。为了抑制信号中超过 fs/2 以上的信号频率成分的干扰, 在采样之前串接低通滤波器予以抑制。

　　量化是按四舍五入的原则把幅值连续的样本值变化成由一定间距数 ( 量化级差!) 表示的有限样本值。我们所使用的 A/D 转换器是单片机上集成的, 其满幅度为10Vp- p ( 峰- 峰值) , 采用的是 16 位的单片机, 故有65536 个级差 , 每个量化级差 ! 为10V/65536 =0.0001526V=0.1526mV。因为 N=16, 所以有信噪比为 S/N=6.02N+1.76dB=98dB。这样的量化级差!足以满足逼近输入信号的要求。