、A、B触点连接电路图。
[0033] 图16为本发明D/A转换电路图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明将通过W下实施例作进一步的说明。
[0035] 本发明提出的嵌入式多模态智能轮椅控制系统主要由视觉导航模态、语音交互控 制模态、自主运行模态、手柄控制模态组成。其中视觉导航模态由视觉传感器完成环境和中 屯、控制器之间的环境信息交流，语音交互/控制模态由麦克风、耳机或音箱实现用户和中屯、 控制器之间的语音信息交流，自主运行模态由多组超声波传感器完成环境与中屯、控制器之 间的环境信息交流，手柄控制模态由手柄完成用户、控制器与轮椅之间的用户信息交流，最 终通过中屯、控制器完成与普通电动轮椅平台的控制/状态信息交流。
[0036] 本发明提出的嵌入式多模态智能轮椅控制系统硬件基本结构图如图1所示，主要 分为传感器(包括超声波传感器和视觉传感器XSPCE061A单片机、D/A转换模块、电动轮椅 平台、人机交互设备W及相关外围控制电路等6个部分。其中，传感器用来实现外界环境和 SPCE061A单片机之间的信息交流，SPCE061A单片机对外界环境信息和人机交互设备输入的 信息进行综合的分析和处理，最终通过D/A转换模块和电动轮椅平台来实现对轮椅的控制。 人机交互设备包括操作手柄、麦克风、音箱、键盘和Lm)灯，各个人机交互设备的作用为:操 作手柄用来输入手柄控制指令，麦克风用来输入语音控制和语音交互指令，音箱用来播放 语音提示音，键盘来输入手柄控制指令和选择对应的运行模态，Lm)灯则用于指示轮椅当前 所处的运行状态，各功能模态的运行原理如下。
[0037] 本发明提出的视觉导航模块的结构示意图如图2所示，主要包括提供光源的照明 装置，指定智能轮椅运行轨迹的标识线，采集路径信息的视觉传感器，对图像数据进行处理 和产生控制决策的主控制器，将控制策略转换为对应的模拟电压信号的D/A转换模块，通过 模拟电压信号对轮椅的转向和速度进行控制的电动轮椅平台。其中照明装置能够根据所采 集到图像数据的质量来自适应的调整照明光源的光强，可完成不同光线环境下的视觉导航 功能，视觉传感器为数字图像传感器，主控制器采用SPCE061A单片机作为微控制单元 (MCU)，电动轮椅平台包括轮椅自带的手柄控制器和直流电机。
[0038] 本发明提出的语音交互控制模块结构示意图如图3所示，包括单片机SPCE061A，语 音处理模块，麦克风，耳机/音箱，将控制策略转换为对应的模拟电压信号的D/A转换模块， 通过模拟电压信号对轮椅的转向和速度进行控制的电动轮椅平台。该模块可实现语音人机 交互和语音控制的功能。
[0039] 本发明所述的自主运行模块，其结构图如图4所示，包括主控忍片SPCE061A，超声 波发射模块，超声波接收模块，多路选通模块，超声波传感器组，D/A转换模块。其中所述的 SPCE061A主控电路板，包括了 SPCE061A单片机需要的晶振、复位、程序烧写接口等电路。 SPCE061A与超声波发射模块、超声波接收模块、D/A转换模块电信相连，D/A转换模块与电动 轮椅平台电信相连。多路选通模块与超声波发射模块和接收模块电信相连。
[0040] 本发明提出的视觉导航模块的控制原理如图5所示，该模块的控制系统是一个单 输入单输出的闭环控制系统。其中轮椅中屯、的位置作为给定环节的输入量，用于确定被控 对象轮椅的目标值。标识线中屯、的位置作为测量环节的输出量和控制系统的反馈量。通过 比较环节得到轮椅中屯、位置和标识线中屯、位置的偏差，再通过放大及运算环节对偏差量进 行转换和功率放大，执行环节接收放大环节输出的控制信号，驱动被控对象轮椅按照预期 的目标运动。最终实现轮椅的转向和速度控制。
[0041] 本发明提出的视觉导航模块的功能组成框图如图6所示，分为图像采集、图像处 理、控制决策、安全保护和动力系统的驱动五个子功能模块。其中，图像采集模块对图像传 感器输出的视频信号进行A/D转换模块，获得路径的数字图像;图像处理模块通过有效的数 字图像处理算法提取智能轮椅与标识线间的位置和角度偏差;控制决策模块对智能轮椅的 转向和速度采用模糊控制算法，根据图像处理模块提取出的路径信息查询模糊控制表来获 得相应的控制策略;安全保护模块分为超声波避障、手柄控制、语音播报W及紧急停止等安 全保护方式，其中超声波避障安全保护用于判断轮椅周围是否有障碍物或者是低法地段， 手柄干预安全保护使得用户可W通过手柄自主的干预轮椅的运动;动力系统的驱动模块在 控制直流电机的转速上是将控制策略通过D/A转换模块为模拟电压信号，再通过电压信号 接管直流电机的控制器来控制直流电机的转速。
[0042] 本发明提出的视觉导航模态的程序流程图如图7所示，其方法为SPCE061A单片机 在进行相关的初始化准备工作之后，首先通过图像传感器输出的场中断信号触发外部中断 来开始进行一场图像数据的采集，SPCE061A单片机在进入场中断程序之后，再通过图像传 感器输出的行中断信号来进行特定行图像数据的采集，直至一场图像数据采集完毕后才退 出才中断程序。此后，SPCE061A单片机通过有效的数字图像处理算法来提取出轮椅与标识 线间的位置和角度偏差，并经过相应的控制算法来获得对应的控制策略，轮椅在执行控制 策略之前，通过和自主运行模态进行融合，能够判断出轮椅即将运行的方向上是否有障碍 物或者是低法地段，一旦检测到障碍物或者是低法地段，轮椅会立即停止运动，直至障碍物 移开或者是执行用户其它的控制指令。此外，用户在进行视觉导航的过程中，任何时候都可 W通过手柄来自主的干预轮椅的运动，最终SPCE061A单片机通过外部D/A转换模块忍片产 生的四路模拟电压信号来实现对轮椅转角和速度的控制。
[0043] 本发明提出的语音交互模块由语音训练和语音识别两部分组成。用户通过麦克风 训练语音命令，SPCE061A单片机提取出语音命令的特征参数并存储到SPCE061A的闪存 (FLASH)中构成语音模型库。在识别过程中，利用库函数将待测语音信号与语音模型库中的 模型进行相似度比较来实现语音识别。识别成功智能轮椅则进行相应的运动或进入相应的 模态。
[0044] 通过将超声波避障技术融合到语音控制中，使轮椅在语音控制时具有安全保护的 功能，语音交互模块还包括语音播报功能，在语音识别成功后，轮椅会提示用户当前的状 态，通过将语音播报技术融合到视觉导航中和自主运行模态中，使得轮椅在遇到障碍物时 能够及时的将信息反馈给用户。
[0045] 本发明所述的语音交互控制模态程序流程图如图8所示，语音交互模块中使用的 SPCE061A单片机，由于存储器的限制，每次只能导入5组语音指令，而该模块中需要用到的 指令有10组，所W在实现在模块时使用了分组技术，将十组语音指令分为2组，第一组用于 语音交互，包括"前进""后退""左转""右转""轮椅"；第二组用于语音控制，包括"语音""避 障""视觉""融合""导航"。系统上电后，程序开始进行初始化，并启动计时程序，在5s钟之 内，用户可W通过键盘选择6种模态，进入任何一个模态后，手柄控制模态因为具有最高的 优先级，所W在任何时候都能干预轮椅的运动。5s钟之后，系统便进入语音交互模式，并播 报提示音，然后导入第二组语音指令。
[0046] 如果要通过语音交互进入语音控制模态的为:首先在5s后系统导入第二组语音指 令，当系统接收到"轮椅"指令时，系统则导入第一组指令，此时可W选择轮椅的各个功能模 态，当接收到"语音"指令后再次导入第二组语音指令，然后就能实现对轮椅的语音控制。
[0047] 本发明中的超声传感器组的分布如图9所示，1-6组传感器的安装方向沿着箭头方 向，7-8组传感器朝下安装。1-3组传感器用于检测前方障碍物，4用于检测左方障碍物，5用 于检测右方障碍物，6用于检测轮椅后方障碍物，7、8组传感器用于检测前方低法地段。
[0048] 本发明所述的超声波发射电路如图10所示，超声波发射电路的作用是根据 SPCE061A发出的方波信号使超声波传感器发射出对应频率的超声波。=极管放大电路和反 向电路组成，SPCE061A的I0B9首先经过一个=极管放大电路，然后再经过一组反向器。再分 支成两路，一路经过两组并列的反向器和一个电容后与超声波传感器电信相连。另一路经 过一组反向器和两组并列的反向器后与超声波传感器电信相连。
[0049] 本发明所述的超声波接收电路如图11所示，由CX20106和相关外围电路组成，1引 脚连接传感器，7引脚连SPCE061A的I0B2。输入端接收来自传感器的信号，经过CX20106处理 后变成电平信号输入到SPCE061A触发单片机的中断，得出超