CN101947182B - 智能导盲人机互动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能导盲人机互动装置，包括主控制器，主控制器采用16位微处理器，控制主电路通过232串口连接无线模块；主控制器通过音频输入端口接入耳机麦克风，主控制器通过音频输出端口接入耳机听筒；主控制器通过绳索感应张力检测装置与导盲机器人连接；主控制器通过驱动与振动感应器相连接；主控制器的中断输入口接入盲文触键。本发明具有语音识别和播报、无线指令传送、绳索张力感应和振动感应器输出等功能，通过语音和振动感应实现人机互动，能够保证互动装置和导盲机器人保持适当的安全行驶距离，增加手持装置的使用安全性和交互方便性，有效解决室外环境下智能导盲机器人的人机交互问题，具有良好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种导盲装置，具体涉及一种使用方便、可靠安全并且适用范围广泛的智能导盲人机互动装置。
背景技术
随着现代科学与技术的发展，国内外针对盲人导盲技术的研究已经达到一定水平，其中导盲装置的人机互动环节也各具特色，例如：电子导盲杖，装有超声波感应器，能够感应到前方脸部高度处的障碍物，并通过震动手柄通知使用者；导盲手套，在普通手套上装有若干超声波传感器，达到避障功能；机器人导盲，作为机器人应用的另一具体领域，能发挥机器人的实际机动性和灵活性，涉及通信、控制和导航等多项技术，导盲机器人的核心是智能和导航技术，要求机器人具有必要的运动控制与传感模块，具备人机语音界面和无线通信功能。
现今，已出现红外遥控、语音识别等相关装置，但应用于导盲机器人领域的人机互动装置在功能性方面还存在些不足，如：红外遥控器的控制利用红外发射单元将使用者的控制指令按照一定的编码格式，通过无线方式传递给电器设备，在遥控器所拥有的功能键较多时候使用者只能通过传统的记忆加按键组合的繁琐控制模式，使用起来很不方便。传统的语音识别装置对周围环境的要求比较高，在户外机器人使用过程中，识别的效果受噪音环境影响比较大，在导盲过程中，人机互动环节同步性较差。因此，在人机接口装置中，有必要利用盲人等特殊人群的听觉和触觉，使用者可以通过语音和振动感应实现人机互动。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种使用方便、可靠安全并且适用范围广泛的智能导盲人机互动装置，本发明可以实现智能导盲机器人的人机互动功能，同时利用绳索感应张力检测装置实现互动装置和导盲机器人保持适当的距离。
技术方案：为实现上述目的，本发明的智能导盲人机互动装置，包括主控制器，所述主控制器采用16位微处理器，控制主电路通过232串口连接无线通信模块，实现指令的无线传输；主控制器通过音频输入端口接入耳机麦克风，主控制器通过音频输出端口接入耳机听筒，能实现语音信息的输入输出；主控制器通过绳索感应张力检测装置与导盲机器人连接，确保装置和车之间保持适当的距离；主控制器通过驱动与振动感应器相连接，使用者可以振动感应相应的状态输出；主控制器的中断输入口接入盲文触键，实现四个方向键和三个功能键的辅助输入功能。
所述主控制器具有输入/输出端口、定时器/计数器、A/D和D/A转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，具有较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号，具有的语音处理功能。
本发明包含语音的MIC输入端，自带音量调节控制；语音输出接口Mout，由DAC输出接口经语音集成放大器SPY0030A放大，然后接麦克风耳机输出；无线通信模块为串口接入嵌入式无线通信模块，集成符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，将装置需要传送的指令通过无线的方式实现和导盲机器人进行传输。
所述绳索感应张力检测装置为张力传感器，本装置选用的传感器是一种高精度张力测量传感器，用于电线和化纤连接线的张力测量，保证互动装置与导盲机器人间保持适当的距离。
所述振动感应器选用低功率纽扣振动感应器，采用逻辑门器件实现驱动从而驱动振动感应器功能。
所述无线通信模块为串口接入嵌入式无线通信模块，集成有射频收发器和微处理器；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构；所述无线通信模块数据接口采用TTL电平收发接口与主控制器相连接。
所述盲文触键接入主控制器的外中断输入口INA1～7。
所述导盲机器人为采用轮式结构运动的导盲机器人。
本发明具有语音处理功能，该语音处理功能主要包括语音的训练和识别两个环节，首先从一个或多个讲话者多次重复讲话中提取的语音参数模板，如：“前进”、“后退”、“停止”等若干条语音指令，形成特定的语音模型库；当训练完毕后，在实际使用过程中，当输入特定的语音指令时，语音处理单元把输入语音的特征参数与语音模型库进行比较分析和模式匹配，最终得到识别结果，完成相应指令的动作。
有益效果：本发明的智能导盲人机互动装置与现有技术相比，具有以下优点：
1.本发明的智能导盲人机互动装置具有语音处理功能，可以形成语音模型库并完成相应指令的动作；同时具有音量调节单元，可以根据实际环境的噪声情况，灵活调整音量大小，采用模糊处理技术，实现混杂环境下语音指令地有效识别；
2.本发明的人机互动装置通过采用绳索感应张力检测装置，可以保证本装置和导盲机器人的适当安全行驶距离；
3.本发明创新地采用振动感应器作为装置的感应输出部件，选用低功率纽扣振动感应器，同时利用盲文触键作为辅助输入设备，更好地确保户外复杂环境下人机互动的可靠性和盲人的安全；
4.本发明的智能导盲人机互动装置利用无线通信模块为串口接入嵌入式无线通信模块，数据接口采用TTL电平收发接口与主控制器相连接，将装置需要传送的指令通过无线的方式实现和导盲机器人进行无线传输；
5.本发明可作为智能导盲机器人的人机互动单元，可以广泛地应用于户外智能导盲机器人的导盲。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为导盲机器人构成示意图；
图3为音频信号采集示意图；
图4为语音信号识别流程图；
图5为张力传感器检测电路图，其中VEE：张力传感器的12V电源输入正端；VSS：张力传感器的12V电源输入地；VO1：张力传感器的信号输出正端；VO2：张力传感器的信号输出负端；INA0：张力传感器输出信号经电压跟随器后输出端，接入主控制器AD0；
图6为振动感应器驱动电路图；
图7为无线通信模块接线图，其中SLEEP：无线通信模块的休眠端口；CENTER：无线通信模块的中心节点控制端；DEVICE：无线通信模块的终端节点控制端；CONFIG：无线通信模块的配置端；RESET：无线通信模块的复位控制端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的智能导盲人机互动装置，包括主控制器1、无线通信模块2、耳机麦克风3、绳索感应张力检测装置4、振动感应器5、耳机听筒6和盲文触键7，主控制器1采用16位微处理器，控制主电路通过232串口连接无线通信模块2，实现指令的无线传输；主控制器通过音频输入端口接入耳机麦克风3，其音频输出端口接入耳机听筒6，能实现语音信息的输入输出；绳索感应张力检测装置4为张力感应模块，连接互动装置和导盲机器人之间，确保装置和车之间保持适当的距离；振动感应器5通过驱动8与主控制器1相连接，使用者可以振动感应相应的状态输出；盲文触键7接入主控制器1的中断输入口，实现四个方向键和三个功能键(加速、减速、启动/停止)的辅助输入功能。
主控制器1的型号为SPCE061A，主控制器1具有输入/输出端口、定时器/计数器、A/D和D/A转换、串行设备输入输出、通用异步串行接口、低电压监测和复位等部分，具有较高的处理速度使其能够快速的处理复杂的数字信号，具有的语音处理功能；其中语音的MIC输入端，自带自动增益(AGC)控制；语音输出接口Mout，由DAC输出接口经语音集成放大器SPY0030A放大，然后输出，接麦克风耳机，SPY0030A工作在2.4～6.0V范围内，最大输出功率可达700mW。盲文触键7接入主控制器1的外中断输入口INA1～7。
如图2所示，本发明的智能导盲人机互动装置的外观结构为把手10，该把手10与导盲机器人9连接。导盲机器人9为采用轮式结构运动的导盲机器人。导盲机器人9为采用轮式结构运动的导盲机器人。把手10与导盲机器人9通过绳子12连接，绳子12和导盲机器人9连接处安装有高精度张力传感器，张力传感器通过内含电线的绳体12与把手10相连，把手10内部安装如图1所示的主控制器1和外围电路，把手10的握手处装有盲文按键7和振动感应器5，把手10的边缘还给出耳机接口11和无线通信接口2。
图3为音频信号采集示意图，输入的语音信息，通过AD采样转化为数字信息，其中语音压缩编码的方式有：波形编码，直接将波形信号转变为数字代码，尽量真实地还原波形；参数编码，提取语音信号的特征参数进行编码，尽量保持语音信号的可懂性，而还原后的波形可能与原波形差别很大；混合编码，将参数编码和波形编码技术结合起来，克服了两种编码的缺点。
图4为语音信号识别流程图，本发明的智能导盲人机互动装置具有语音处理功能，该功能主要包括语音的训练和识别两个环节。首先从一个或多个讲话者多次重复讲话中提取的语音参数模板，如：“前进”、“后退”、“停止”等若干条语音指令，形成特定的语音模型库；当训练完毕后，在实际使用过程中，当输入特定的语音指令时，语音处理单元把输入语音的特征参数与语音模型库进行比较分析和模式匹配，最终得到识别结果。同时，装置具有音量调节单元，可以根据实际环境的噪声情况，灵活调整音量大小，采用模糊处理技术，实现混杂环境下语音指令地有效识别。
本装置选用的张力传感器是一种高精度张力测量传感器，用于电线和化纤连接线的张力测量。接线方式，红线电源正，绿线电源负，黄线信号正，白线信号负；量程：1Kg-200Kg；标准信号输出：(0-5)V。图5为张力传感器检测电路图，VEE接+12v，VSS接地，VO1接地，VO2作为信号输出端，后接电压跟随器，后端输出接入主控制器的AD输入端INA0，检测绳索的张力。
图6为振动感应器驱动电路图，振动感应器为DC2V-5V微型振动感应器，驱动芯片采用74F07逻辑门实现振动感应器的驱动功能。IB12～IB15分别作为MOTOR1～4的驱动控制端口。
图7为无线通信模块接线图，无线通信模块2为串口接入嵌入式无线通信模块，集成符合ZIGBEE协议标准的射频收发器和微处理器，可实现点对点、一点对多点、多点对多点之间的设备间数据的透明传输；可组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构；无线通信模块2数据接口采用TTL电平收发接口与主控制器1相连接，将装置需要传送的指令通过无线的方式实现和导盲机器人进行传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种智能导盲人机互动装置，其特征在于：包括主控制器(1)，所述主控制器(1)采用16位微处理器，控制主电路通过232串口连接无线通信模块(2)；主控制器(1)通过音频输入端口接入耳机麦克风(3)，主控制器(1)通过音频输出端口接入耳机听筒(6)；主控制器(1)通过绳索感应张力检测装置(4)与导盲机器人(9)连接；主控制器(1)通过驱动(8)与振动感应器(5)相连接；主控制器(1)的中断输入口接入盲文触键(7)。
2.根据权利要求1所述的智能导盲人机互动装置，其特征在于：所述绳索感应张力检测装置(4)为张力传感器。
3.根据权利要求2所述的智能导盲人机互动装置，其特征在于：所述振动感应器(5)选用低功率纽扣振动感应器，采用逻辑门器件实现驱动(8)驱动振动感应器功能。
4.根据权利要求1至3任一项所述的智能导盲人机互动装置，其特征在于：所述无线通信模块(2)为串口接入嵌入式无线通信模块，集成有射频收发器和微处理器；组成星型、树型和蜂窝型网状网络结构；所述无线通信模块(2)数据接口采用TTL电平收发接口与主控制器(1)相连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的智能导盲人机互动装置，其特征在于：所述盲文触键(7)接入主控制器(1)的外中断输入口INA1～7。
6.根据权利要求1至3任一项所述的智能导盲人机互动装置，其特征在于：所述导盲机器人(9)为采用轮式结构运动的导盲机器人。
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