基于C8051F020的假肢控制系统设计

3 系统软件设计
　本系统软件主要包括：初始化程序、频率输出子程序、PWM信号输出子程序、键盘控制子程序、通信子程序、语音识别系统、CPLD检测编码器输出子程序。
3.1系统主流程
　图4所示为整个控制系统的流程图。首先对系统硬件进行初始化；然后设计出两种工作方式：按键方式和语音方式；之后选择示教3个位置，并通过CPLD保存示教位置的各个关节的脉冲控制量，最后的设计是手动运动到示教的目标或是自动运动到示教的目标位置，至此即可完成对目标位置的物体的抓取功能[3]。

3.2 CPLD检测编码器设计
　由系统流程图可以看出，对各个示教位置的各个关节控制量的检测与保存由CPLD完成。由于本设计采用旋转编码器的传感器，通常其输出A和B两路占空比为50%的脉冲，A、B的脉冲个数反映主轴转过的角度，A、B的相位关系反映主轴的旋转方向。为了检测上述两个变量即主轴转过的角度和主轴旋转的方向，系统采用了一种辨向细分电路。
　将A和B两路输入信号分别组成四种状态(A，B)：（0,0）、（0,1）、（1,0）和（1,1）。当主轴正向旋转时，状态转移过程为：（0,0）、（1,0）、（1,1）、（0,1）、(0,0)，反向旋转时正好相反。故只需要判断状态(1,0)和状态（1,1）的先后顺序即可判断出主轴旋转的方向，并且由出现状态（1,0）和（1,1）之间的转换次数就可以确定转轴转过的角度，即出现一次状态转换就是主轴转过1°[4]。由旋转编码器的特性设计的CPLD的检测系统框图如图5所示。

3.3 语音识别系统设计
　语音识别是使假肢能够准确地听出操作者的语音内容，并能准确完成操作者的命令。本系统只针对特定人进行训练，并且只能对特定人的语音进行识别。主要由凌阳SPCE061A单片机完成。其系统框图如图6所示。

4 实验结果分析
　完成以上的软件和硬件的设计后，对整个系统进行了实际的控制调试。在调试过程中，各个关节都可以运动自如，并且每个按键对应的控制都是完全正确的。按键在按下的过程中会出现抖动现象，为此，在程序的设计过程中通过延时程序进行了消抖。在语音控制模块中，由于采用的是两级命令控制，即如图3所示控制形式。语音系统经过多次训练，对特定人的语音识别率达到了96%以上，辨识率很高。但只是针对特定的人进行试验。如果对其他人的语音信号进行识别还会存在误差，会出现个别误操作。但这种误差是可以控制的。只要对特定的人进行训练，并由被训练人来控制设备，即可以避免由于控制者与语音录入者不同而给系统带来的控制误差。
该控制系统最大的特点是可以人为自由地进行手动控制假肢做相应的活动，或者运用佩戴者的语音实现语音智能化控制假肢做相应的运动。实现了设计方法和控制都简单，操作安全、稳定的目的。此外，可以给佩戴者设计一个遥控器(前提是针对只失去一只臂膀的用户)，如果是失去了双臂膀，则可以在其适当的部位安装一个语音控制装置，使用语音进行控制。
参考文献
[1] 万光毅,孙九安,蔡建平.SoC单片机实验、实践与应用设计—基于C8051F020系列[M].北京：北京航空航天大学出版社,2006．
[2] 卢胜利．基于凌阳SPCE061A设计实验平台的专业综合设计教程[M].北京：机械工业出版社,2006．
[3] 李长有,武学东．基于C8051F020的SD卡主控制器设计[J]．微计算机信息，2007(9-2):120-122．
[4] 应卓瑜,梁坚,邵亮,等.基于CPLD的辨向细分电路设计[J].传感技术学报，2005,18(1)：143-145．