基于C8051F020的假肢控制系統設計

3 系統軟件設計
　本系統軟件主要包括：初始化程序、頻率輸出子程序、PWM信號輸出子程序、鍵盤(pán)控制子程序、通信子程序、語(yǔ)音識別系統、CPLD檢測編碼器輸出子程序。
3.1系統主流程
　圖4所示為整個(gè)控制系統的流程圖。首先對系統硬件進(jìn)行初始化；然后設計出兩種工作方式：按鍵方式和語(yǔ)音方式；之后選擇示教3個(gè)位置，并通過(guò)CPLD保存示教位置的各個(gè)關(guān)節的脈沖控制量，最后的設計是手動(dòng)運動(dòng)到示教的目標或是自動(dòng)運動(dòng)到示教的目標位置，至此即可完成對目標位置的物體的抓取功能[3]。

3.2 CPLD檢測編碼器設計
　由系統流程圖可以看出，對各個(gè)示教位置的各個(gè)關(guān)節控制量的檢測與保存由CPLD完成。由于本設計采用旋轉編碼器的傳感器，通常其輸出A和B兩路占空比為50%的脈沖，A、B的脈沖個(gè)數反映主軸轉過(guò)的角度，A、B的相位關(guān)系反映主軸的旋轉方向。為了檢測上述兩個(gè)變量即主軸轉過(guò)的角度和主軸旋轉的方向，系統采用了一種辨向細分電路。
　將A和B兩路輸入信號分別組成四種狀態(tài)(A，B)：（0,0）、（0,1）、（1,0）和（1,1）。當主軸正向旋轉時(shí)，狀態(tài)轉移過(guò)程為：（0,0）、（1,0）、（1,1）、（0,1）、(0,0)，反向旋轉時(shí)正好相反。故只需要判斷狀態(tài)(1,0)和狀態(tài)（1,1）的先后順序即可判斷出主軸旋轉的方向，并且由出現狀態(tài)（1,0）和（1,1）之間的轉換次數就可以確定轉軸轉過(guò)的角度，即出現一次狀態(tài)轉換就是主軸轉過(guò)1°[4]。由旋轉編碼器的特性設計的CPLD的檢測系統框圖如圖5所示。

3.3 語(yǔ)音識別系統設計
　語(yǔ)音識別是使假肢能夠準確地聽(tīng)出操作者的語(yǔ)音內容，并能準確完成操作者的命令。本系統只針對特定人進(jìn)行訓練，并且只能對特定人的語(yǔ)音進(jìn)行識別。主要由凌陽(yáng)SPCE061A單片機完成。其系統框圖如圖6所示。

4 實(shí)驗結果分析
　完成以上的軟件和硬件的設計后，對整個(gè)系統進(jìn)行了實(shí)際的控制調試。在調試過(guò)程中，各個(gè)關(guān)節都可以運動(dòng)自如，并且每個(gè)按鍵對應的控制都是完全正確的。按鍵在按下的過(guò)程中會(huì )出現抖動(dòng)現象，為此，在程序的設計過(guò)程中通過(guò)延時(shí)程序進(jìn)行了消抖。在語(yǔ)音控制模塊中，由于采用的是兩級命令控制，即如圖3所示控制形式。語(yǔ)音系統經(jīng)過(guò)多次訓練，對特定人的語(yǔ)音識別率達到了96%以上，辨識率很高。但只是針對特定的人進(jìn)行試驗。如果對其他人的語(yǔ)音信號進(jìn)行識別還會(huì )存在誤差，會(huì )出現個(gè)別誤操作。但這種誤差是可以控制的。只要對特定的人進(jìn)行訓練，并由被訓練人來(lái)控制設備，即可以避免由于控制者與語(yǔ)音錄入者不同而給系統帶來(lái)的控制誤差。
該控制系統最大的特點(diǎn)是可以人為自由地進(jìn)行手動(dòng)控制假肢做相應的活動(dòng)，或者運用佩戴者的語(yǔ)音實(shí)現語(yǔ)音智能化控制假肢做相應的運動(dòng)。實(shí)現了設計方法和控制都簡(jiǎn)單，操作安全、穩定的目的。此外，可以給佩戴者設計一個(gè)遙控器(前提是針對只失去一只臂膀的用戶(hù))，如果是失去了雙臂膀，則可以在其適當的部位安裝一個(gè)語(yǔ)音控制裝置，使用語(yǔ)音進(jìn)行控制。
參考文獻
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