基于嵌入式系统的残疾人智能轮椅综合导航系统讲解.doc

《基于嵌入式系统的残疾人智能轮椅综合导航系统讲解.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于嵌入式系统的残疾人智能轮椅综合导航系统讲解.doc（22页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、项目可行性报告：基于嵌入式系统的残疾人智能轮椅综合导航系统一 立项的背景和意义背景介绍： 世界上大约有10%的人口即六亿五千万是残疾人。他们是世界上最大的少数群体。 世界卫生组织称残疾人的数量随着人口的增长、医疗的进步以及老龄化在持续增长。 在预期寿命超过70岁的国家中，平均每人有8年、11.5%的生命是在残疾中度过的。 联合国开发计划署数据显示，80%的残疾人生活在发展中国家。 世界银行估计，世界上最贫穷的人当中20%是残疾人， 他们在各自所在社区里是最为弱势的群体。 在英国，伦敦证券交易所金融时报指数超过100的公司，其网站75%没有达到无障碍的基本要求，因此失去了1亿4千7百万美元的利润

2、。全国现有8000万残疾人，60岁以上的老年人口已达到1.43亿。老年人口，特别是高龄、病残老年人口的迅速增长，带来了老年产品和服务方面的巨大需求。但是，我国目前养老服务和康复服务业发展明显滞后，根据对2003年至2005年老年市场需求的调查，市场需求每年在6000亿元人民币以上；而市场仅能提供1000亿元的商品。“十五”期间，全国有1100多万残疾人得到了不同程度的康复，供应各类残疾人辅助器具539万余件。但是，目前康复服务的基础还不高，我国城镇残疾人辅助器具配备率只有10%，也就是说全国城镇的残疾人能够得到辅助器具帮助的还不超过10%；农村地区这个比率更低。加快开发老年人和残疾人用品及服务

3、产业是社会的急需，蕴藏着巨大的商机。辅助技术是指为改善功能障碍者所面临的问题而构想和利用的装置、服务、策略和训练。辅助技术分为两类：辅助技术装置和辅助技术服务。辅助技术装置是指任何能解决残疾人日常生活、工作、娱乐和生活自理中的问题，能给用户提供更多的选择、增加用户的参与性、使用户有更多的控制力或耐受力、获得更多的娱乐和自主能力的装置。辅助技术装置的特点有三个：1）广泛性：它包括市场现有的、改进型的或定做的；2）强调对功能能力的补偿，这是唯一用来衡量辅助技术装置的成功与否的标准；3)个体性：每一种装置的应用都是独立的，特殊的。而我们这个项目要完成的工作就是设计一个这样的辅助技术装置智能轮椅，来帮

4、助残疾人，使他们的工作、生活变的容易，甚至可以完全弥补他们在某些方面的缺陷。我想这也是我们政府应该为残疾人所考虑的，让残疾人能更好的融入社会，所以这应该也是合谐社会的一部分。本项目将采用16位的嵌入式系统为核心。嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、自适应应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，即操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中。嵌入式系统具有以下特性：执行特定功能、以微处理器及其外围为核心、严格的时序与高稳定性、全自动操作循环，是一种软件与硬件的有机结合体，且特别强调“量身定做”的原则，即基于某一种特殊用途开发出特定的系统，因而

5、提高嵌入式系统的应用水平是极其重要的。目前，嵌入式系统已经应用到社会的很多方面，诸如汽车电子，楼宇自动化，军事工业等许多领域，在新兴的嵌入式系统产品中，常见的有手机，PDA，GPS，Set-TOP-Box或是嵌入式伺服器(embedded server)及精简型终端设备(thin client)等。同样，在辅助技术装置和设备方面，随着辅助技术装置功能不断增强、设备的复杂度不断增大，同时对辅助装置的自动化、智能化程度也要求越来越高，使得嵌入式系统在残疾人辅助装置方面的应用也是越来越广泛。本项目主要是研究辅助装置中的嵌入式系统应用，实际的研究和应用对象：智能轮椅。二 国内外研究开发现状和发展趋势机

6、器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限，视觉导航可以克服这方面的不足。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分。对使用者来说，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见。国内外同类研究工作状况： 国外在这方面发展比较迅速，如：瑞典吕勒奥大学研究人员正在研制一种轮椅，特别适用于不能直接操纵轮椅的严重伤残者。他们可以利用头部动作向感应器发出指令，如“继续直行

7、”、“向左转”等，并通过电脑程序来控制轮椅运动，此外，这种轮椅今后经过改进后还可用来为盲人和弱视者导航。因为其使用的“MICA移动互联网连接助手”导航系统能为轮椅绘制出行进线路图，而轮椅上的距离测量传感器可以帮轮椅了解前方路况，以便越过各种障碍. 而在国内，现在在智能机器人轮椅的研发中也有了很大的进步，但还是面临着很多问题，如一些技术上的难题等。尤其在实际应用中，基本是外国产品霸占市场，基本没有中国自己制造的智能轮椅。即便有，也只停留在实验室阶段。如第二届全国大学生机械创新设计大赛中，西北工业大学张君、张保、王开明、赵洪庆四人设计的多功能自助轮椅；哈尔滨工业大学杨会生、王金昌、陈奇、蔡一、梁辉

8、设计的多功能电动轮椅；以及浙江大学 周春喜、庹福幸、张峰、唐睿设计的半自动爬楼梯轮椅等。但无外乎是哪种设计，都没做到真正意义上的智能轮椅。首先，他们大都只关注于国外已有的技术，并打算以此为创新点；其次西北工大和哈尔滨工业大学的学生则把重心放到了功能的集成上；最后，也是最关键的，他们并不具备真正的全自动导航系统，没有一套合理的算法来作为智能轮椅的核心。国家高技术研究发展计划（863计划）也发布了项目：先进制造技术领域“服务机器人“重点项目。项目的总体目标：“十一五”期间，依据国家中长期科学和技术发展规划纲要和国家高技术研究发展计划（863计划）“十一五”发展纲要，863计划先进制造技术领域针对国

9、内外社会发展（尤其是老年人和残疾人）对服务机器人不断增长的需求，将研发出高性价比的两类助老/助残机器人系列产品，并依托敬老院和康复中心等构建助老/助残（康复）机器人两个综合演示平台，集中演示助老/助残机器人高技术成果和产品，形成未来老年和残疾人生活的新模式和新概念，引导助老/助残机器人产品的发展，为解决人口老龄化等带来的重大社会服务问题, 为2015年实现我国“人人享有康复服务”的国家战略目标和社会协调发展提供技术支撑。参考文献：1陈连坤.嵌入式系统的设计与开发M.清华大学出版社,2005.72语音识别基本原理 Rabiner Biing Hwang Juang 著3 Feedback Con

10、trol of Dynamic Systems(Fifth Edition) ，by Gene F.Franklin;J.David Powell;Abbas Emami-Naeini4 16位单片机及语音嵌入式系统，赵定远 著6 残疾人社会学，浙江省残疾人联合会合作编写7 Signals and Systems，by Rernd Girod;Rudolf Rabenstein;Alexander Stenger8 Embedded Systems Design, Second Edition，by Steve Heath9 履带行驶装置原理.安东诺夫 著；魏宸官译10 16-Bit Embe

11、dded Controller Handbook 1991 (16-Bit Embedded Controller)，by Intel Corporation11 Near-Infrared Spectroscopy: Principles, Instruments, Applications，by Heinz W. Siesler (Editor), Yukihiro Ozaki (Editor), Satoshi Kawata (Editor), H. Michael Heise (Editor)12 基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法研究，作者 宋章军; 陈恳; 杨向东，

12、制造业自动化，2006年 05期 13 nSP(TM)系列16位单片机SPCE 061A的实验方法初探，作者 陈梅，广西大学学报(哲学社会科学版), 2006年 S2期14 基于凌阳16位单片机SPCE061 A悬挂运动控制系统，作者 贡雪梅; 李新钊; 胡春雷; 钱建松, 西安航空技术高等专科学校学报，2007年 第1期15 履带车辆的转向控制，作者 姚蔚利; 陈慧岩; 农业装备与车辆工程 2005年 11期 16 Chain Vibration and Dynamic Stress in Three-Dimensional Multibody Tracked Vehicles, by M.

13、 Campanelli, A.A. Shabana and J.H. Choi, Multibody System Dynamics,1998/9 Volume 2, Number 3三 项目主要研究开发（产品开发）内容、关键技术以及科研创新的主要方式1） 主要研究开发内容： 通过红外线测量、电子语音信号处理以及硬件电子电路的设计，并利用电机、话筒采集、遥控器，实现我们设计系统的三种操控方式。通过设置在轮椅上的遥控器（方向盘），来控制轮椅的前进后退。在外部较大的噪音扰动，此操控方式更有助于使用者方便的通过轮椅行动。a) 通过设置在轮椅上的话筒，进行语音对轮椅控制，可以同过简单的指令，例如“前进

14、”、“后退”等，来操控轮椅的行动。此操控方式能够让使用者更加方便在较为安静的条件下操控轮椅，尤其对手部也不方便的使用者更显得方便。同时也可以语音遥控家中部分电器。b)自动导航算法。通过添加在系统的电子地图，在可触控的LCD液晶显示屏上点击目的地，轮椅可自动计算最短路径，自动在系统控制下到达目的地（误差控制在1米内）。同时在自动行走过程中，可以通过红外线监测前进方向上距离5米内的障碍物，并且可以智能化的绕过障碍物，对于高小于15厘米的障碍物进行翻越，而高于15厘米的障碍物，在距离2米时执行绕过。c)而当需要在室外行走时，可以通过由政府铺设的色带来进行导航，方便地到达目的地。2） 主要原理:(1)

15、 语音识别系统原理语音识别的基本过程 根据实际中的应用不同，语音识别系统可以分为：特定人与非特定人的识别、独立词与连续词的识别、小词汇量与大词汇量以及无限词汇量的识别。但无论那种语音识别系统，其基本原理和处理方法都大体类似。 语音识别过程主要包括语音信号的预处理、特征提取、模式匹配几个部分。预处理包括预滤波、采样和量化、加窗、端点检测、预加重等过程。语音信号识别最重要的一环就是特征参数提取。提取的特征参数必须满足以下的要求： a)提取的特征参数能有效地代表语音特征，具有很好的区分性；b)各阶参数之间有良好的独立性； c)特征参数要计算方便，最好有高效的算法，以保证语音识别的实时实现。 在训练阶

16、段，将特征参数进行一定的处理后，为每个词条建立一个模型，保存为模板库。在识别阶段，语音信号经过相同的通道得到语音特征参数，生成测试模板，与参考模板进行匹配，将匹配分数最高的参考模板作为识别结果。同时，还可以在很多先验知识的帮助下，提高识别的准确率。（2）遥控模块的原理一种语音控制电器系统，包括主机和语音控制器两部分，在语音控制器中，语音控制信号被麦克风拾取，然后通过 AGC放大器一进行放大，语音识别对该放大后的信号进行识别处理，产生一个识别信号，该识别信号通过指令编码控制器产生一个控制信号，该控制信号再经过音频无线发射器变成一个无线遥控信号，主机中的遥控信号接收器接收到该无线遥控信号后，主机的

17、中央处理器译码出控制指令，主机就可以根据该控制指令进行工作（3）红外线测距模块的原理及应用红外测距模块是测量与轮椅所在环境边缘及障碍物之间距离而设计的测障传感器。它通过发射红外线并测量红外线被反射回来的相位来计算被测物体和测距模块之间距离，并以电压大小的形式输出给主控制器，有效距离8200厘米。 图为红外测距模块“数值与距离”的关系图如上图所示，红外测距模块的有效测试距离在8cm-500cm之间，当红外模块与障碍物之间的距离为8cm左右时，红外模块读取数值为最小120左右，当红外模块与障碍物之间的距离等于或大于500cm左右时，其读取数值为最大255，从上图可以看出，在8cm与500cm之间，

18、距离越远，红外数值越大。但是当距离小于8cm时，其读取数值不变小反而增大，在这里我们把距离为8cm的这个点称作为盲点。这类测距系统的特点是：红外发射器的功率愈大，红外光束所能达到的距离也就愈远，信号的处理也就愈容易。但是由于受到电源和成本的限制，也由于被摄体反射率条件的不同，红外测距系统的测距范围是有限的，可测范围大致为815m。当接收器测不到返回光线时，返回给系统一个保留值。（4）电子地图与自动轮椅的结合。电子地图的导航功能分为两块，分别为室内的预处理导航以及室外的人工控制。室内电子地图导航的原理和当今网上流行的网络游戏类似。需要预先将建筑物的平面图输入轮椅的储存模块中。并预先人工设置好最短

19、路径。操作时只需要预先设定好目的地即可。轮椅行驶时将以预设路径为基本路径，结合红外测距进行微调以保证方向和距离的正确性。若预设路径上出现无法越过的障碍物，则通过红外测距计算出可能通过路径，若无法在设定时间内绕过障碍则停止前进，并返回一个错误。其中，将涉及到自动导航算法，该算法包括两个部分，分别为自动求最短路径，以及遇到障碍时的自动绕过功能。具体算法核心部分将在第五部分，实施方案处进行介绍。图A 正常预设路径 图B 遇到障碍处理在室外，由于环境比较复杂，不易预先设置路径。我们采用人工控制轮椅的前进路径，人工控制的方面有多种选择，即可以通过手动传感器控制，还提供语音控制的功能（主要考虑到有些残疾人

20、手也不方便动）。（）的障碍越过能力：履带型机构越过障碍：履带型机构的越过障碍应用较多，它采用比星型轮机构更为连续的行走方式，传动效率比较高。在上下楼梯过程中，轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的，其重心的波动很小，运动非常平稳。 履带式障碍越过示意图（）核心控制部分这一部分是整个项目核心，主要实现16位嵌入式系统的应用以及对整个系统的处理。具体控制电路如图C所示。此核心控制部分主要完成对周围环境和地形的反馈，电机的自动化控制，各种模式之间的切换，人机交互，以及发送指令和接收来自红外探测器的数据。作为发展最快的电子器件之一，可编程器件已经具备足够强大的功能来实现这一复杂的数据处

21、理任务，同时，也因为它的可变成特性，为将来它的广泛应用埋下了最坚实的基础。使用16位嵌入式系统来作为这个项目的核心控制部分，使得项目的核心结构变得更加简单明了。同时，它良好的输入输出特性可以提供丰富的人机对话资源 图C. 核心控制图（）自动控制部分-小车的稳定性整个系统包括CPU、运动控制卡、伺服机构、小车和光电码盘等几大部分，组成了一个闭环系统。控制的目的是为了使小车在不稳定的平衡点保持稳定平衡，并能经受一定的外加干扰。当小车直走时，可能由于各种因素的作用使得控制小车两边的履带的电机上的电压会不相同，当两边的电压差达到一定值时，运动控制卡要将实时数据报告给CPU，同时CPU作出相应的控制决策

22、，返回给运动控制卡，由它来实现CPU的决策，让小车保持稳定的直走。如图D 图D. 自动控制系统当小车接受到扰动时，在一定的时钟内，CPU作出决策，让两边电机产生一个电压差即速度差，使得小车能够转过弯去。当扰动过于大时，CPU将产生一个中断，启动刹车使得轮椅立即停下。3） 科研创新方式：（1）本课题是在对16位嵌入式系统的了解和深入研究的基础上，将其应用到实际的残疾人行动设备中，具有很好的实用价值和创新意识，具有一定的前瞻性。（2）对于智能导航的算法进行了突破，使其同时具有最短路径的计算能力和对障碍的避让功能，这一创新弥补了目前智能轮椅在全自动化导航过程中的不足。（3）在功能上进行了集成，把残疾

23、人日常使用的功能移植到了一起，采用语音操作，方便了残疾人的生活。而在室内室外的自动行驶又在另一程度上使得重度残疾的残疾的患者可以真正意义上地安全行驶。（4）采用多种操作方式相结合，提供了丰富的选择性，可以满足不同残疾程度人士的需要。另一方面也提供了厂商生产时的可变性，既保证了系统的可靠性和实时性，同时也降低整机成本，可以获得更多市场和利税。四 预期目标一 主要性能指标：1 具有三种操作模式，并可以根据需要进行选择：a) 声音控制，满足大多数人群需要。提供向前、向后、左转、右转以及刹车等功能。b) 电子地图与地面色带相结合的室内外自动导航装置。支持电子地图的下载和路径的预先设置。室外色带分辨率工

24、作范围容差大于50小于100。红外测距范围8CM-500CM。c) 遥杆操纵，提供最基本的操作，包括向前、向后、左转、右转以及刹车等功能。2 障碍的越过能力：a) 对于相对低于15CM的障碍可以直接翻越。b) 对于高于15CM的障碍，根据自动导航算法中的绕障能力，在距离障碍2M时可选择绕行通过。若无法在15秒内绕过障碍回到预设路径，轮椅将停止前进，并发出警报。3 其他功能： 同时将集成简单的家用遥控器功能，采用声控方式进行操作。二应用前景：目前市面上的轮椅都以最简单最基础的功能为主，对于使用者来说独立行动费时费力相当不方便，而且很多需要在外人的帮助下才能行动。本课题所设计的轮椅定位于提高残疾人

25、士的单独行动能力，以其多样快捷的操控方式，极大的方便了残疾人士。同时，该轮椅可以很好的服务于医院、疗养院、养老院等机构，为不方便独立行动的患者、老人等提供一个舒适方便的行动工具，在缺少人为帮助的情况下，让他们可以轻松四处移动。而且该轮椅具有的语音控制系统，可以让使用者在交互式的使用方式下进行操控，对于高位瘫痪以及不方便手部操控的残疾人士可以轻松通过语音来操控那个对于他们来说相当困难得轮椅。此外，本课题所设计的轮椅拥有独特的电子地图系统操控模式，尤其适合在室内行动，通过事先录入的电子地图，只要在电子地图上点击目的地，就可以让轮椅自行行走，在不需要任何人为帮助的条件可以轻松到达目的地，无论对于家里

26、的老人还是残疾人有着极大的帮助。另外在成本控制上，采用了红外测距而不是激光测距，虽然降低了精度，但却在不影响轮椅正常行驶的情况下大大节约了成本，另外采用16位的嵌入式系统使得该轮椅易于操作，生产简单，为一定规模的生产提供了基础。三 获取自主知识产权：自动导航算法。具备完备的自动计算最短路径和自动绕过障碍的功能。本课题的研究是基于嵌入式系统软硬件设计，并在此基础上对外围传感器的控制和数据的处理，实现整个系统的功能，软硬件设计是自行完成，所以具有自主知识产权。五项目实施方案由于考虑到轮椅实物太大，难以反复进行多次实验，故决定先采用小车来进行模拟轮椅的功能。本系统硬件子模块及子电路拟采用的技术路线和

27、解决方案阐述如下：（1）自动导航算法：最短路径算法：在固定区域内，电子地图的上我们预先设定一些固定的点，我们把它称为可到达点，在原本就存在的障碍物周围0.5左右我们都设定可到达点，如图上的E、F点，以此来避免遇到障碍物。对于门，我们在门线中心左右0.5各设一个可到达点，如C、D点。我们用间隔0.5的线条把整个地图分成0.5*0.5的小方块，这些可到达点都是这些方格的中心，只要属于方格内的点都以方格中心为确认的点。在开始计算时，我们用红外线对墙壁的测距以及一些事先设计的小车位置确认点来确认小车的位置，确认只有以小车所在位置的中心点设置一个起始可到点，如图中A。当使用者给出目的地后，在电子地图上根

28、据目的地，给出一个目的可达到点，假设如图B。这样，通过操作系统得计算各个可到达点之间的距离，可获得一个由这些点构成图，有系统生成。让后通过系统通过Dijkstra算法，计算出最短的路径。当有多个门穿过时，这样的算法能够保证获得较短的路径。在一个房间里的两个可到达点之间毫无疑问通过直线走最短路径。如图所示，我们可以获得一条ACDB的最短路径。对于这些可到达点可以通过事先设定，也可由人工添加，而起始点和目的点在每次开始最短路径时确定，在执行结束后消除。（见图E）图E.最短路径示意图障碍物绕过算法当然在路径上也可能出现不可预测的障碍物，当确定路径后遇到障碍物时，我们要执行障碍物绕过算法。当在前进方向

29、的1.5米外通过检测到障碍物，开始预警，当距离只有1米时障碍物还在，执行绕过程序。下车迅速减速后，通过红外扫描可以预测障碍物的广度，然后利用可达点来判断左右距离，取可通过一边，若两边都不能通过，则停止前进。减速停止后，通过履带以及电动机向可通过方向选转60度，以较低的速度前行，以障碍物的广度来预测大约的前景路程，并通过两侧的红外线不断检测原先路径方向是否还有障碍物，直到检测到原先通路上方向上可以通过，进而停下后，再转向90度，回到原先方向上，继续前进。当然还是用左右两侧的红外线不停的检测是否绕过障碍物，当检测后绕过后再次转向90度回到原先的路径上执行原先的路径程序。如图F中，分别在A、B、C三

30、点进行转向，最后回到D点，通过ABCD的过程绕过障碍物。通过在软件算法上的完善可以让在较短的时间内通过障碍物，图F. 绕过障碍部分示意图（2）主控CPU模块：本系统虽然集成了很多功能，但是从数据量的处理来看并不是很大，因此CPU仍可以采用16位的嵌入式系统来实现。该模块的最小系统包括16位的单片机芯片、人机交互（包括液晶显示、发光管指示、键盘和蜂鸣器等）、计算机通信的异步串口（UART）、与其他模块通信的系统总线和控制线、系统FLASH和SDRAM以及调试口JTAG等。其最小系统如下：图4. 主控CPU模块框图（3）红外测量模块：本系统工作时序繁琐且是整个仪器实现自动行驶的关键，同时红外距离及

31、颜色的测量控制直接影响到仪器的测量精度和准确性。测距部分由两个窗口组成，一个用来发射红外线，另一个用来接收返回的红外线.测距部分的工作过程是由红外发射器发出波长约为900nm左右的红外光线束，通过一块非球面调焦透镜射出。当遇到障碍时，红外光线会反射，并由红外接收器接收。红外接收器是由一组透镜和排列的感光元件组成(现大多数采用位置传感二极管，PSDPosition Senser Diode)。距离不同的障碍，会使反射光线进入红外接收器的入射角度改变，从而也由不同的感光元件所接收。感光元件在受到红外光线的照射后，产生电信号，该信号通过放大和转换电路，反馈给控制系统。测量距离的同时还需考虑到测量的范

32、围，以及出现无穷远情况的处理方法。天气以及光照的变化在一天内较大时，干扰较大，还须考虑如何排除干扰。（4）自动控制模块：这是本系统最为关键而且最为困难的方面。当小车直走时，可能由于各种因素的作用使得控制小车两边的履带的电机上的电压会不相同，当两边的电压差达到一定值时，运动控制卡要将实时数据报告给CPU，同时CPU作出相应的控制决策，返回给运动控制卡，由它来实现CPU的决策，让小车保持稳定的直走。当小车接受到转弯信号时，CPU作出决策，让两边电机一边电压高（转速快），另一边电压低（转速慢），使得小车能够转过弯去。同时，在转弯的操作过程中也需要一个稳定的状态，这个稳定状态的控制类似于前面所讲的，只

33、是要保持一个相对稳定的电压差。同时还要实现与系统核心16位单片机的通信并完成所有的电机控制和实时时钟。其核心控制可以采用16位嵌入式系统来实现，目前的单片机，已非常成熟，典型外围电路和运用都非常方便，而16位的嵌入式系统则是相对来说比较新颖，技术还处于发展中，有一定的挑战性。目前单片机功能越来越强大，而且16位单片机不断推出新产品，迅速发展，而价格却在下降。所以本系统拟选用16位单片机来实现逻辑编程，其中具体的电机控制电路和16位单片机的核心控制部分的通信协议拟采用SPI同步串行总线方式，发光二极管LED作为系统工作正常的工作指示，具体电路框图如下：图5.电机驱动控制单元框图（5）键盘处理电路

34、：为了能更好地进行人机交互，键盘是主要的输入工具之一，本系统需要10个按键左右，具体实现可以采用普通的四脚按键或薄膜开关进行设计，为了整体效果美观大方，拟采用薄膜按键开关作为输入工具，其键盘处理芯片采用ZLG7290。（6）遥控单元：方案一目前家用遥控器主要为按键式，并有两种类型：一种是固定码型，每个键对应一种或几种码型，都是生产厂家预先设定好的，用户不能更改；另一种是学习型，具有自我学习遥控码的功能，可由用户定义遥控器的每个键对应的码型，它能够将多种遥控器集于一身，用一个遥控器就可控制多个家电，又可以作为原配遥控器的备份。由于现代家电功能不断增加，上述两种遥控器都有按键过多，用户不易记住每个

35、键的含义等问题。将语音识别技术应用于学习型遥控器，利用语音命令代替按者对命令的记忆和使用，同时省去了大量按键，缩小了遥控器的体积。在使用前，按“学习键”进入学习状态，用户先对学习型遥控器训练语音命令，并使其学习与各语音命令相对应的原理控码型。使用时按“识别键”，进入语音识别状态，等待语音处理模块返回结果，若返回正确的识别结果，则把相应的遥控码发射出去。例如，原电视遥控器数字键“1”对应中央1台，用户的训练命令为“中央1台”，学习了原遥控器的数字键“1”的遥控码，并使其与训练命令“中央1台”对应起来。于是使用时只需对着学习型遥控器的麦克风说出“中央1台”，电视就会切换到中央1台。这样用户不需要记

36、住每个电视台与台号的对应关系，相对于枯燥的频道数字，用户自定义的命令更容易记祝若连续的30秒无正确的命令则遥控器进入休眠状态方案二一种语音控制电器系统，包括主机和语音控制器两部分，在主机中增加了一个音频无线发射电路。在语音控制器中，有相应的接收电路，语音控制信号和主机扬声器发出的声音则通过麦克风接收，这两路接收信号经对消后，剩下语音控制信号进行语音识别，识别控制信号通过无线方式控制主机工作。本发明可用于发声或不发声主机、或有一个发声主机并含一个或多个不发声音的主机，需进行语音控制的情况，其控制敏捷，识别概率高。本系统所要实现的所有功能，包括各个设备和模块的通信及控制、系统协调工作等都是在硬件基

37、础上的软件设计，因而软件设计在整个课题中占有大半的分量，整个系统的软件结构包含以下几个功能模块：键盘处理程序、遥控的控制、声音文件的处理、驱动单元控制、红外测量模块控制、软件菜单设计、电动机稳定系统基于PID的设计、各项参数计算函数、数据存储方式、系统协调运行、系统开机自检程序和软件故障自诊断等，为了要实现上述各个功能的协调运行，软件操作系统也不可或缺，整个软件结构框图如下图5所示： 图6.软件结构框图（1）主控CPU模块处理程序：该模块主要是协调系统工作、数据处理和算法实现，其中协调系统工作是通过系统总线和控制线输出来协调和控制所有的外设工作，即与各个外设的通信包括数据传输和指令发送，如时序

38、控制控制单元；而数据处理和算法，是将采集到的信号进行统计、分析、计算、显示和存储，实现自动导航算法以及自动控制PID等算法。（2）红外检测模块程序：该程序包括实现与主控CPU模块通信、实时时钟的控制。在一定频率下不间断地传送信号。（3）上位机通信：实现数据保存长久和共享，数据就需要上传到计算机中，所以上位机数据库软件和通信必不可少，本系统拟采用异步通用串行口UART来实现数据传输，同时为保证通信的准确，拟采用数据加校验以及反馈重传的方式。（4）声音文件识别：将特征参数进行一定的处理后，为每个词条建立一个模型，保存为模板库。在识别阶段，语音信号经过相同的通道得到语音特征参数，生成测试模板，与参考

39、模板进行匹配，将匹配分数最高的参考模板作为识别结果。（5）数据存储：由于测量的原始数据、各项设置参数和系统参数比较多，要计算出十几项参数和存储测量的几K原始数据，必须有一定的存储格式，便于存储、删除和查找，本系统拟采用的只读存储器为16位数据总线的FLASH，拟采用类似FAT8格式的文件系统。（6）系统开机自检程序：系统自检程序是启动运行时对各个硬件进行测试，确保各个部件可以正常工作，对出现故障进行提示报警，及时维修或更换，具体程序设计拟采用类似PC机自检流程，对系统进行检查。六 计划进度安排(1)2007年11月2008年1月：学习声音控制学基础，信号与系统，自动控制，红外控制，16位嵌入式

40、系统等知识，跟踪嵌入式系统技术的发展最前沿技术，完成小车整体结构的总体设计。并完成基本构架。 (2)2008年2月2008年3月：对小车和内部电路进行设计并调试，软件设计、操作系统移植； (3)2008年4月2008年7月：对小车的各项性能进行改进与优化，并考虑对其制造成本进行压缩，增加其实用性及可行性；(4)2008年8月2008年9月：对小车系统的各项性能进行全面测试，对硬件和软件进行完善；(5)2008年10月：科研总结，并进行课题验收，确定以后进一步的研究方向。七、现有工作基础和条件 现有工作设备和条件为学院创新基地实验室的一切软件、硬件设备。八、经费预算序号经 费 开 支 科 目经费预算金额（万元）1资料购置费0.22调研差旅费（用于购买元器件路费）0.05316位系统相关芯片等电子元器件，小车零部件0.24单片机制版费0.255资料印刷费0.056实验试验费0.157人员劳务费0.058出版/知识产权费0.059总计0.95