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一、引言

随着社会文明程度的快速发展以及老龄化进程的加快，给老年人和社会残疾人士提供方便的代步工具，改善他们的生活质量，让他们重新获得自理的能力，是科学工作者研究的重中之重。智能轮椅的研发得到了国内外许多科研工作者的积极响应。语音识别是将语音信号转换成为语音指令，让机器根据人们的指令需求做出相应的动作，这项技术在人机接口中起到了十分重要的作用。随着现代科学技术的快速发展，在智能轮椅领域中语音识别技术已经得到了广泛的应用，但与其它国家相比，我们国家在此方面的研究相对较晚，并且在机构的先进性以及灵活性方面也有相当大的差距，所以研究与开发性能更加优越的的智能轮椅是我国科学工作者重要方向。智能轮椅最主要的核心就是实现与使用者和谐互动，而语音互动是最方便、最快捷的互动方式，被大多数人群所接受。因此，研究具有语音识别控制系统的智能轮椅，对智能轮椅的普及具有非常重大的意义与价值。本文研究的主要内容就是通过设计一套语音识别控制系统的智能轮椅，使普通的智能轮椅按照语音指令进行运动，来体现其更高的优越性。

二、语音识别与控制系统的研究方案

（一）语音识别系统的基本原理

语音识别是以语音作为研究对象，通过对语音信号进行处理、识别，来实现对轮椅的控制。一种多维模式识别系统是语音识别系统的本质。一个完整的语音识别系统主要包括语音输入、语音预处理、语音特征提取、语音训练与识别等几个基本单元。语音识别的基本过程如下：首先通过麦克风把输入的语音信号先做信号预处理，然后有选择地提取出有效的语音信号，其次将提取得到的有效语音信号进行训练、识别（训练功能就是将提取出来的语音信号特征转换成语音命令模板后在特定的位置RAM中储存，识别功能就是将提取出来的有效信号特征参数和储存的训练模板库进行相似度比较），最终输出最优匹配的语音识别结果。

（二）外形结构的设计

智能轮椅的外形结构，它主要是通过麦克风、随动前轮、蓄电池及主控制电路、驱动后轮、脚踏板、左右电机、声纳测距传感器、CCD摄像头、红外测距传感器、桌面以及操纵杆等主要构件所组成。此智能轮椅的外形结构基本如下：在桌面的前端，相隔均匀地安装了几个红外测距传感器和声纳测距传感器；在桌面的正中间安装了一个CCD摄像头；在椅背的左侧安装了麦克风，使用者可以灵活地调整它的长短和方向；考虑到绝大多数使用者都能够灵活地用右手操作，所以在轮椅的右侧安装了操纵杆。这样的外形设计理念主要是考虑到使用者能够更方便地使用智能轮椅。

（三）硬件系统电路设计

在对硬件系统进行电路设计时，我们首先考虑的是既能降低成本又能达到使用者的要求。主张能够避免资源的浪费，能够降低生产成本，又能让使用者舒心与满意，提高性价比。考虑到生产出来的智能轮椅要达到稳健和准确的特性，所以我们选择了SOC结构的嵌入式系统，这种系统相对于其它系统而言不仅能够大幅度减少芯片数量还能提供较高的集成度以及优廉的价格，可以说性价比非常高。此外，它也可以根据体积的需求此嵌入式系统是非常优异的。搭建一套完整的硬件系统主要有以下程序，分别是1、设计电源电路；2、电机驱动电路；3、串口通信电路；4、模式切换开关与操纵杆电路；5、电磁车闸控制与检测电路等。智能轮椅的运行是通过电机的驱动从而实现“前进”、“后退”、“左转”、“右转”等一系列的功能。把使用者的语音指令通过音频电路接受，在SPCE061A单片机上识别处理接收到的语音指令，再经过SPCE061A单片机和DSP处理器进行串口通信，从而实现语音控制智能轮椅运动的功能。

（四）软件系统电路设计

软件在该系统中起到核心的作用，只有软硬件配合才能使轮椅完成各项动作。主要包括单片机的主程序。

当系统通电后，单片机首先自动完成初始化程序，包括通用串口通信模块、A/D模块、I/O端口的配置、液晶显示器的初始化。然后进行故障检测，主要包括1、操纵杆是否正常；2、DSP处理器通信是否正常3、有故障是否在液晶屏上显示出来。其次开启采集语音/手动模式信号，判断处于何种模式，并根据当前的模式做出相应的措施。

三、总结

智能轮椅的设计包括单片机的编程、硬件的设计、语音识别、传感器等多方面的学科知识。为用户提供了更加便利的生活。本论文主要针对智能轮椅的硬件设计以及软件系统的设计进行了研究，将软硬件连接调试，认为设计的系统各方面都达到了系统的预期要求。为进一步开展对智能轮椅的研究起到了非常重要的促进作用。