BÁO CÁO "XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY KẾT HỢP BẰNG GIỌNG NÓI" pot

Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY KẾT HỢP BẰNG GIỌNG NÓI ELECTRIC WHEELCHAIR CONTROLED BY JOYSTICK AND VOICE SVTH: Hoàng Ngọc Giàu Lớp 07D4, Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại học Đà Nẵng GVHD: PGS.TS. Đoàn Quang Vinh Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Sản phẩm xe lăn điện điều khiển bằng tay kết hợp bằng giọng nói hoạt động dựa vào hai nguyên tắc điều khiển chính đó là điều khiển bằng tay qua joystick và điều khiển bằng giọng nói qua hệ thống nhận dạng giọng nói. Sản phẩm được thiết kế và thi công nhằm giúp đỡ những người khuyết tật có được sự di chuyển thuận tiện và dễ dàng hơn. ABSTRACT The operation of the electric wheelchair controled by joystick and voice using two main principles which are controled by hand using mini joystick and controled by voice using speech recognize kit. The wheelchair is designed and mamufactured helps persons with disabilities convenient move and comfortable life. 1. Đặt vấn đề Trong thời gian trở lại đây, cuộc sống của những người kém may mắn về cơ thể đã được quan tâm và nâng cao. Trong việc di chuyển, đi lại của người khuyết tật, thì xe lăn điện đóng vai trò quan trọng. Nó giúp giảm gánh nặng cho người sử dụng cũng như thân nhân của họ. Hệ thống điều khiển bằng tay thông qua cần gạt điều khiển đã được áp dụng khá lâu trong lĩnh vực xe lăn điện. Ngoài ra, nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hàng loạt công nghệ nhận dạng cử chỉ và hành động của con người được phát minh, thì hệ thống nhận dạng giọng nói có kết quả khá chính xác và đang được nhân rộng. Do đó, đề tài này áp dụng hệ thống nhận dạng tiếng nói vào việc điều khiển xe lăn, kết hợp với việc điều khiển qua joystick bằng tay truyền thống nhằm tạo ra sản phẩm có thể giúp người sử dụng dễ dàng điều khiển xe, chủ động trong di chuyển hàng ngày. Trong phạm vi đề tài này sẽ giới thiệu về cấu tạo của xe lăn điện, nguyên tắc mạch điều khiển bằng tay và mạch nhận dạng giọng nói. Cũng như quá trình thi công cơ khí và mạch động lực. 2. Kết cấu cơ khí, mạch động lực 2.1. Kết cấu cơ khí của sản phẩm Xe lăn được chế tạo dựa trên khung sườn của loại cơ bản, toàn bộ khung được làm bằng hợp kim nhôm giúp xe cứng chắc nhưng vẫn nhẹ. Các bộ phận chính gồm: Khung sườn, bánh xe, động cơ điều khiển tốc độ, động cơ điều khiển hướng lái, bộ truyền động nhông xích, truyền động vít me - đai ốc. Ngoài ra còn có cần gạt thay đổi khi đẩy tay hoặc khi dùng điện, cần gạt điều khiển, đèn báo tín hiệu. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 2 Xe được trang bị động cơ chính là động cơ một chiều kích từ nam châm vĩnh cửu, công suất 120W. Động cơ điều khiển hướng lái có công suất 30W truyền động vít me – đai ốc. Nguồn năng lượng cung cấp cho xe là hai bình acquy 12V-9Ah và bộ xạc acquy nhằm nạp đầy acquy sau mỗi lần sử dụng. Hình 1. Kết cấu xe lăn điện 2.2. Mạch động lực Để điều khiển tốc độ và hướng di chuyển của động cơ, sản phẩm sử dụng mạch đảo chiều tốc độ động cơ dùng cầu H mosfet chịu được dòng định mức tới 23A. Hình 2. Nguyên lý mạch cầu H Nguyên tắc được sử dụng để điều khiển tốc độ di chuyển của xe là điều biến độ rộng xung (PWM). Xung PWM được tạo ra từ mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC-16F877A. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 3 Hình 3. Dạng sóng PWM Mạch động lực được cách ly với mạch điều khiển bằng cách ly quang. 3. Sơ đồ khối. Mạch điều khiển, cảm biến và nhận dạng. 3.1. Tổng quan sơ đồ khối 3.2. Mạch điều khiển, cảm biến và nhận dạng 3.2.1. Mạch điều khiển trung tâm Mạch điều khiển trung tâm xử dụng vi điều khiển dòng PIC-16F877A, tích hợp bộ ADC và module CCP onchip nên thuận tiện và đơn giản trong việc lập trình sử dụng biến đổi ADC và phát xung điều khiển PWM. Ngôn ngữ lập trình sử dụng là C, giúp thuận tiện và trực quan khi thiết kế, lập trình. 3.2.2. Mạch joystick Joystick được cấu tạo gồm cần gạt có chức năng xoay hai biến trở đặt vuông góc với nhau Khi cấp nguồn cho mạch, từ các đầu ra của hai biến trở, ta thu được tín hiệu điện áp. Khi thay đổi góc nghiên cần gạt thì điện áp đầu ra thay đổi, đưa vào bộ ADC để đo và xử lý. Ngoài ra còn có các nút bấm và đèn chức năng. Tín hiệu từ mạch Joystick Tín hiệu từ microphone Bộ chuyển đổi ADC Mạch phân tích giọng nói Mạch xử lý tín hiệu, điều khiển trung tâm Cách ly quang khuếch đại Mạch cầu động lực Mạch cầu động lực Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 4 Hình 4. Sơ đồ mạch joytick 3.2.3. Mạch nhận dạng giọng nói Mạch nhận dạng giọng nói sử dụng vi xử lý HM-2007L của hãng HMC, bộ nhớ SRAM 8Kx8 có khả năng lưu được 40 từ lệnh độ dài 0.96s hoặc 20 từ lệnh độ dài 1.92s. Mạch nhận tín hiệu từ microphone, qua vi xử lý thực hiện giải mã, so sánh tín hiệu với tín hiệu TRAINING ban đầu, sau đó xuất ra tín hiệu số đưa đến mạch điều khiển trung tâm. Đặc điểm của mạch sử dụng HM-2007 là nhận dạng phụ thuộc. Mạch có bàn phím và đèn tín hiệu để thao tác khi TRAINING ban đầu. Hình 5. Mạch nhận dạng dọng nói 4. Thực nghiệm đánh giá độ chính xác - Mạch điều khiển bằng tay hoạt động khá chính xác, độ nhạy cao. - Mạch nhận dạng giọng nói có độ chính xác đạt từ 84÷92% khi dùng 4 ô nhớ cho mỗi từ lệnh. Kết quả thực nghiệm được thống kê khi thao tác 100 lần cho mỗi lệnh, môi trường ít tiếng ồn, giọng nói chậm. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 5 Bảng 1. Kết quả thực nghiệm Lệnh Tới Lùi Rẽ trái Rẽ phải Nhanh Chậm Dừng Lỗi Tới 92 8 Lùi 88 1 11 Rẽ trái 87 7 6 Rẽ phải 6 85 9 Nhanh 92 8 Chậm 84 16 Dừng 91 9 5. Đánh giá chung, hướng phát triển 5.1. Đánh giá chung 5.1.1. Ưu điểm - Xe được chế tạo với khối lượng nhẹ, hợp kim cứng, chắc. - Mạch giọng nói có độ chính xác khá cao. - Đơn giản, dễ sử dụng. - Giá thành thấp. 5.1.2. Nhược điểm - Mạch giọng nói dạng phụ thuộc, phải TRAINING lại nếu thay đổi người sử dụng. - Kết cấu đơn giản, ít chức năng phụ trợ. - Động cơ công suất nhỏ, tốc độ chậm, chịu tải trọng thấp. 5.2. Hướng phát triển Nhằm phục vụ tiện lợi hơn cho người sử dụng, hướng phát triển đề tài là bổ sung các chức năng phụ trợ cho xe như ngả lưng, bàn vệ sinh, và phát triển hệ thống nhận dạng giọng nói không phụ thuộc. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] SPEED RECOGNIZETION KIT, Images Company, Newyork, USA. [2] Nguyễn Bính, Điện tử công suất, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2000 [3] HM-2007L datasheet. [4] www.dientuvietnam.net và www.picvietnam.com . lăn điện điều khiển bằng tay kết hợp bằng giọng nói hoạt động dựa vào hai nguyên tắc điều khiển chính đó là điều khiển bằng tay qua joystick và điều khiển. Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 8 Đại học Đà Nẵng năm 2012 1 XE LĂN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY KẾT HỢP BẰNG GIỌNG NÓI