聲控護(hù)理床起降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙曉磊，齊秋菊，郭春超，霍旭陽(yáng)

1.吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林吉林 132013 2.吉林醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院，吉林吉林 132013

聲控護(hù)理床起降系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙曉磊1，齊秋菊1，郭春超2，霍旭陽(yáng)1

1.吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林吉林 132013 2.吉林醫(yī)藥學(xué)院附屬醫(yī)院，吉林吉林 132013

目前醫(yī)院的護(hù)理床是通過(guò)手動(dòng)控制護(hù)理床的升降，住院的病人在無(wú)陪護(hù)人員的條件下，很難實(shí)現(xiàn)護(hù)理床升高或者降低，給病人帶來(lái)了不便。本文基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種通過(guò)語(yǔ)音控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)護(hù)理床的升、降的動(dòng)作及速度的調(diào)控，將為病人和陪護(hù)人員帶來(lái)了極大方便。

語(yǔ)音控制；LD3320；STM32單片機(jī)；L298n

21世紀(jì)以來(lái)，醫(yī)院的護(hù)理水平和技術(shù)得到了迅速的提高，配置符合病人需求的護(hù)理床是每個(gè)醫(yī)院都關(guān)心的問(wèn)題。并且現(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國(guó)家，護(hù)理床的使用已經(jīng)超出了醫(yī)療單位走進(jìn)了患者的家庭。隨著老齡化的加劇，對(duì)護(hù)理床的需求也會(huì)越來(lái)越大，這就迫切的需要研制出更加符合患者需求，更加人性化的護(hù)理床。把語(yǔ)音技術(shù)用于護(hù)理床的控制上，會(huì)使得護(hù)理床更加人性化，本文就是基于此設(shè)計(jì)了一種基于STM32單片機(jī)和LD3320語(yǔ)音模塊的聲控起降護(hù)理床。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)通過(guò)語(yǔ)音控制護(hù)理床的升降運(yùn)動(dòng)，按照其所要實(shí)現(xiàn)的功能可將系統(tǒng)劃分為四個(gè)模塊：語(yǔ)音模塊、主控模塊（STM32）、驅(qū)動(dòng)模塊、電源模塊。通過(guò)主控模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的分辨、識(shí)別，并且將其與存儲(chǔ)單元中的指令相匹配，發(fā)送控制命令。

整個(gè)系統(tǒng)由STM32單片機(jī)協(xié)調(diào)控制，其中電源模塊為各個(gè)模塊提供電源。工作時(shí)，首先由語(yǔ)音模塊采集得到操作者的語(yǔ)音指令，采集的指令由外接的語(yǔ)音模塊經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)STM32單片讀取由語(yǔ)音模塊所傳過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)，通過(guò)程序?qū)λM(jìn)行處理，在經(jīng)過(guò)處理后，會(huì)輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊接收到PWM信號(hào)后輸出對(duì)應(yīng)波形的驅(qū)動(dòng)電壓用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)模塊能夠分別控制1，2號(hào)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)護(hù)理床升降的功能。其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

1.1 電源模塊

電源模塊由外部USB提供5V電源，經(jīng)過(guò)LM1117-3.3V穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓到3.3V，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓過(guò)后的3.3V電壓為單片機(jī)和語(yǔ)音模塊供電。而電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的所使用的電壓為5V輸入得到的電壓。

1.2 語(yǔ)音模塊

本設(shè)計(jì)所使用的語(yǔ)音模塊是由LD3320芯片[1]所構(gòu)成，此模塊很好的解決了非特定人所說(shuō)的話能被控制部分接受的問(wèn)題。該模塊就是將控制人所說(shuō)的話形成語(yǔ)音信號(hào)并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理后得到一組特征的參數(shù)，然后再將得到的這組特征參數(shù)與語(yǔ)音模塊中寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定控制者所說(shuō)的命令是什么，進(jìn)而完成相應(yīng)的動(dòng)作[2]，不用通過(guò)訓(xùn)練便可以實(shí)現(xiàn)。

1.3 驅(qū)動(dòng)模塊

在電機(jī)選用方面，本系統(tǒng)的芯片是由ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流的電機(jī)驅(qū)動(dòng)L298n芯片。L298n是一種內(nèi)置雙H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的芯片，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)或者一個(gè)步進(jìn)電機(jī)。將本設(shè)計(jì)所使用的L298n驅(qū)動(dòng)電路可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，分別將其設(shè)置成為1號(hào)和2號(hào)。由于在此次設(shè)計(jì)中設(shè)置了電機(jī)的速度，所以可以通過(guò)輸入PWM脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)高低速旋轉(zhuǎn)的控制。在實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)方面，要想實(shí)現(xiàn)1號(hào)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，需要將高電平給信號(hào)輸入端IN1，低電平信號(hào)給輸入端IN2。如果將低電平給信號(hào)輸入端IN1，高電平給信號(hào)輸入端IN2，1號(hào)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)?？刂屏?號(hào)電機(jī)也是是同樣的方法，分別接入IN3和IN4端[3]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接如圖2所示。

圖2 驅(qū)動(dòng)模塊連接電路

2 軟件總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)程序的工作流程為：首先由主程序完成是系統(tǒng)的初始化，當(dāng)麥克風(fēng)檢測(cè)到語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)候，就會(huì)將語(yǔ)音信號(hào)與寄存器中的語(yǔ)音庫(kù)進(jìn)行一一比較，如果語(yǔ)音信號(hào)與寄存器中語(yǔ)音關(guān)鍵字匹配，單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器并給驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的信號(hào)去控制電機(jī)做出相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)的動(dòng)作。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。

TH7

A

1674-6708（2015）148-0158-01

趙曉磊，助教，碩士研究生，研究方向：模式識(shí)別、中醫(yī)工程學(xué)

霍旭陽(yáng)，博士，副教授，研究方向：生物電阻抗測(cè)量，生物醫(yī)學(xué)工程