一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵系统及方法与流程

本发明涉及一种吊舱推进船模操纵系统及方法，特别是一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵方法，属于船舶控制技术领域。

背景技术：

回转性、转首性和停船性能是船舶在行进过程中的几个重要性能，尤其是在船舶离靠码头、进出港等低速行驶的工况下，提高其操作的精确性、简便性具有非常重要的意义。对于传统螺旋桨船而言，在低速下进行灵活机动的操作性能不甚理想，桨和舵配合的操作难度也十分之高。

目前对船舶操纵控制方法的操作主要依赖于控制面板(滚轮)和键盘，驾驶员需要通过培训学习其使用方法。手动操作方式不是很方便，在使用过程中需要海员分散精力保证操作的正确性，这给船舶航行带来一定的安全隐患。

随着航海科学技术和船舶与海洋工程的快速发展，吊舱推进作为一种新型推进技术越来越多地出现在人们的视野中，凭借其360°全回转的特性和优良的操纵性，使得船舶在离靠码头、进出港口、机动作业的机动性和安全性大大增加。研究表明，吊舱推进船舶有较高机动性与操纵性，具有实现前进、倒车、左转、右转、原地回转等复杂操纵运动的能力。

近年来，国内语音识别技术得到飞速发展，已在许多领域成功应用。目前在国内，提供核心智能语音识别技术的研究机构基本分成三类，一类是依托于中国科技大学的科大讯飞，一类是依托于中科院自动化所的中科信利，此外是北大清华的一些研究机构。

为提高船舶操纵方法的智能化、人性化程度，将语音识别控制技术与吊舱推进船模操纵相结合，有利于提升船舶操纵的精准性，降低船舶复杂操作运动难度。研究成果可为国内自主开发基于语音识别控制的吊舱推进船舶产品提供技术支持，具有较好的推广价值和应用前景。

技术实现要素：

要解决的技术问题

为了解决现有技术的手动操作方式复杂、操作容易出现失误的问题，本发明提出一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵系统及方法。

技术方案

一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵系统，包括无线麦克风、岸上控制系统和船上控制系统；岸上控制系统包括语音识别模块、岸上stm32单片机开发板和无线发送模块，语音识别模块、岸上stm32单片机开发板和无线发送模块依次通过导线连接；船上控制系统包括无线接收模块、船上stm32单片机开发板和电机驱动模块，无线接收模块、船上stm32单片机开发板和电机驱动模块依次通过导线连接。

一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵方法，步骤如下：语音指令通过无线麦克风传输到语音识别模块，语音识别模块首先进行滤波放大处理，滤除背景噪音；再ad转换成数字信号后产生相应的文本指令，与预先设定的指令进行对比，如果相同，则识别成功，否则识别错误，等待下一次识别；识别成功后通过uart串口与岸上stm32单片机开发板通信，岸上stm32单片机开发板产生控制吊舱推进器转速和转向的控制数据，通过无线发送模块发送，无线接收模块接收控制数据，并将控制数据与船上stm32单片机开发板进行通信，船上stm32单片机开发板产生3路控制无刷直流电机转动的pwm波信号，pwm波信号经电机驱动模块控制吊舱推进器的转速和转向，三个吊舱推进器协同工作，实现吊舱推进船模相应的操纵运动。

有益效果

本发明提出的一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵系统及方法，该操纵方法可直接通过驾驶员说出语音指令控制吊舱推进船模完成各种复杂的操纵运动，极大地降低了船模操纵的难度，提升了船模操纵的智能化和人性化程度。该操纵方法可应用到吊舱推进的船舶产品，对于提升船舶的操纵性能具有重要的工程意义。有益效果如下：

(1)利用语音识别模块的语音采集、播放、语音识别资源，实现了语音控制船模操纵运动状态；

(2)船模接收到无线语音控制指令后，根据控制算法，对多个吊舱推进器实现协同工作，完成各种复杂的船模操纵运动；

(3)实现一种能够通过语音识别控制的智能船模设计，具有便捷、精准、更为智能化和人性化的特点。

附图说明

图1是本发明的技术方案流程图。

图2是语音识别处理流程图。

图3是操纵运动控制原理图。

图1中：1-无线麦克风、2-语音识别模块、3-岸上stm32单片机、4-无线传输模块、5-无线接收模块，6-船上stm32单片机、7-电机驱动模块、8-吊舱推进船模。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

如图1-3所示，一种基于语音识别控制的吊舱推进船模操纵系统，其组成包括语音操纵指令输入、语音识别及控制系统、吊舱推进船模三个部分。

语音操纵输入主要有操纵人员对无线麦克风直接说出操纵指令，如“正车前进”、“倒车后退”、“向左转30°”、“向右转45°”等，通过无线发射与接收模块(无线麦克风)直接传输到语音识别模块输入端进行识别。

控制系统分为岸上控制系统和船上控制系统两部分。岸上控制系统组成单元包括：语音识别模块、stm32单片机开发板、无线发送模块、电源模块，语音识别模块、stm32单片机开发板、无线发送模块依次通过导线连接，电源模块给语音识别模块、stm32单片机开发板、无线发送模块供电；船上控制系统组成单元包括：无线接收模块、stm32单片机开发板、电机驱动模块、电源模块，无线接收模块、stm32单片机开发板、电机驱动模块依次通过导线连接，电源模块给无线接收模块、stm32单片机开发板、电机驱动模块供电。

吊舱推进船模的船尾对称分布两个吊舱推进器，可360°旋转，产生任意水平方向上的推力；船首安装一个艏侧推，只能产生一个垂直船体中心线的推力；所有吊舱推进器均支持正反转。

首先用电源模块给控制系统进行供电；在岸上，首先驾驶员对无线麦克风说出相应的操纵控制指令，语音控制模块采集该指令并进行识别，识别成功后与岸上单片机通信，产生控制吊舱推进器转速和转向的控制数据；接着通过无线模块与船上单片机之间进行通信，经控制算法产生3路控制无刷直流电机转动的pwm波信号，pwm信号经电机驱动模块控制吊舱推进器的转速和转向，从而实现船模相应的操纵运动。

实施例：

其中语音操纵输入主要有操纵人员对无线麦克风直接说出操纵指令，如“正车前进”、“倒车后退”、“向左转30°”、“向右转45°”等，经声音ad采样(无线麦克风)成数字信号后无线传输到无线麦克风接收端，经da后还原成模拟信号，进入岸上控制系统的语音识别模块进行处理。

语音识别模块接收到操纵控制指令后，首先进行滤波放大处理，滤除背景噪音；再ad转换成数字信号后进行语音识别，产生文本指令，与预先设定的指令进行对比，如果相同，则识别成功，否则识别错误，等待下一次识别；识别成功后通过uart串口与岸上单片机通信，产生控制吊舱推进器转速和转向的控制数据；接着通过无线发送接收模块与船上单片机进行通信，经控制算法产生3路控制无刷直流电机转动的pwm波信号，pwm信号经电机驱动模块控制吊舱推进器的转速和转向，三个吊舱推进器协同工作，实现船模相应的操纵运动。

以上就是本发明的具体实施方法，其通过先进的语音识别技术、船舶吊舱推进技术、数字信号处理技术，达到通过语音控制吊舱推进船模操纵运动的目的。与传统的船模驾驶操纵方式相比，提升了船模的操纵性能和智能化、人性化程度，降低了操纵难度。

同时本发明可应用到吊舱推进船舶上，应用船型广泛，在民用、军事和科研领域均具有非常广阔的应用前景，具有很强的实用性和推广价值。