1导言
数字化家庭是未来智能小区体系的根本单元。所谓“数字化家庭”便是依据家庭内部网络供给掩盖整个家庭的智能化服务,包含数据通讯、家庭娱乐和信息家电操控功用。
数字化家庭规划的一项首要内容是通讯功用的完结,包含家庭与外界的通讯及家庭内部相关设备之间的通讯。从现在的开展来看,外部的通讯首要经过宽带接入Internet,而家庭内部的通讯,笔者选用现在比较具有竞争力的蓝牙(Bluetooth)无线接入技能。
传统的数字化家庭选用PC进行整体操控,缺少人性化。笔者依据人工情感的思维规划一种装备多种外部传感器的智能机器人,将此智能机器人视作家庭成员,经过它完结对数字化家庭的操控。
本文首要就智能机器人在数字化家庭医疗保健方面的运用进行模型规划,在智能机器人与医疗仪器和操控PC的通讯选用蓝牙技能。整个体系的本钱较低,功用较为全面,扩展运用十分宽广,具有极大的市场潜力。
2智能机器人的整体规划
2.1 智能机器人的多传感器体系
机器人智能技能中最为重要的相关范畴是机器人的多感觉体系和多传感信息的集成与交融,统称为智能体系的硬件和软件部分。视觉、听觉、力
觉、触觉等外部传感器和机器人各关节的内部传感器信息交融运用,可使机器人完结实时图画传输、语音辨认、景象区分、定位、主动避障、方针物勘探等重要功用;给机器人加上相关的医疗模块(CCD、CAMERA、立体麦克风、图画收集卡等)和专用医疗传感器部件,再加上医疗专家体系就能够完结医疗保健和长途医疗监护功用。智能机器人的多传感器体系框图如图1所示。
2.2 智能机器人操控体系
机器人操控体系包含2部分:一是上位机,一般选用PC,它完结机器人的运动轨道规划、传感器信息交融操控算法、视觉处理、人机接口及长途处理等使命;二是下位机,一般选用多单片机体系或DSP等作为操控器的中心部件,完结电机伺服操控、反应处理、图画处理、语音辨认和通讯接口等功用。
假如选用多单片机体系作为下位机,每个处理器完结单一使命,经过信息沟通和彼此和谐完结整体体系功用,但其在信号处理才能上显着有所短缺。因为DSP拿手对信号的处理,并且对此智能机器人来说常常需求信号处理、图画处理和语音辨认,所以选用DSP作为智能机器人操控体系的操控器。
操控体系以DSP(TMS320C54x)为中心部件,由蓝牙无线通讯、GSM无线通讯(支撑GPRS)、电机驱动、数字罗盘、感觉功用传感器(视觉和听觉等)、医疗传感器和多选一串口通讯(RS-232)模块等组成,操控体系框图如图2所示。
⑴体系经过驱动电机和转向电机操控机器人的运动,转向电机运用数字罗盘的信息作为反应量进行PID操控。
⑵选用爱立信(Ericsson)公司的ROK101007型电路作为蓝牙无线通讯模块,完结智能机器人与上位机PC的通讯和与其他依据蓝牙模块的医疗保健仪器的通讯。
⑶支撑GPRS的GSM无线通讯模块支撑数据、语音、短信息和传真服务,选用手机通讯办法与远端医疗监控中心通讯。
⑷因为TMS320C54x只要1个串行口,而蓝牙模块、GSM无线模块、数字罗盘和视觉听觉等感觉功用传感器模块都是选用RS-232异步串行通讯,所以有必要规划1个多选一串口通讯模块进行转化处理。当TMS320C54x需求蓝牙无线通讯模块的数据时经过电路选通;当TMS320C54x需求某个传感器模块的数据时,关断前次无线通讯模块的选通,一起选通该次传感器模块。这样,各个模块就完结了与TMS320C54x的串口通讯。
3首要医疗保健功用的完结
智能机器人关于数字化家庭的医疗保健能够供给如下的服务:
⑴医疗监护
经过集成有蓝牙模块的医疗传感器对家庭成员的首要生理参数如心电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度等进行实时检测,经过机器人的处理体系供给本地成果。
⑵长途确诊和会诊
经过机器人的视觉和听觉等感觉功用,将收集的视频、音频等数据结合各项生理参数数据传给长途医疗中心,由医疗中心的专家进行长途监控,结合医疗专家体系对家庭成员的健康状况进行会诊,即供给望(视频)、闻、问(音频)、切(各项生理参数)的服务。
3.1 机器人视觉与视频信号的传输
机器人收集的视频信号有2种效果:供给机器人视觉;将收集到的家庭成员的静态图画和动态画面传给长途医疗中心。
机器人视觉的效果是从3维环境图画中取得所需的信息并构造出环境目标的清晰而有含义的描绘。视觉包含3个进程:
⑴图画获取。经过视觉传感器(立体印象的CCDCAMERA)将3维环境图画转化为电信号。
⑵图画处理。图画到图画的改换,如特征提取。
⑶图画了解。在处理的基础上给出环境描绘。
经过视频信号的传输,长途医疗中心的医师能够实时了解家庭成员的身体状况和精神状态。智能机器人依据医师的需求捕捉适宜医疗保健和确诊需求的图画,有挑选地传输高分辨率和低分辨率的图画。在医疗保健的进程中,关于图画传送有2种不同条件的需求:
⑴医师调查家庭成员的皮肤、嘴唇、舌面、指甲和面部表情的色彩时,需求传送静态高清晰度五颜六色图画;选用的办法是间隔一段时间(例如5分钟)传送1幅高清晰度静态图画。
⑵医师凭借动态画面检查家庭成员的身体移动才能时,能够传送分辨率较低和尺度较小的图画,选用的办法是进行合理的紧缩和康复以确保实时性。
3.2 机器人听觉与音频信号的传输机
器人收集的音频信号也有2种效果:一是供给机器人听觉;二是凭借于音频信号,家庭成员能够和医师进行沟通,医师能够了解家庭成员的健康状况和心态。音频信号的传输为医师对家庭成员进行医疗保健供给了言语沟通的途径。
机器人听觉是语音辨认技能,医疗保健智能机器人带有各种声交互体系,能够依照家庭成员的指令进行医疗测验和监护,还能够依照家庭成员的指令做家务、操控数字化家电和照看患者等。
声响的获取选用多个立体麦克风。因为声响的频率规模大约是300Hz～3400 Hz,过高或过低频率的声响在一般情况下是不需求传输的,所以只用传送频率规模在1000Hz～3000Hz的声响,医师和家庭成员就能够进行正常的沟通,然后能够下降传输音频信号所占用的带宽,再选用适宜的通讯音频紧缩协议即可满意实时音频的要求。智能机器人的听觉体系如图3所示。
3.3 各项生理信息的收集与传输
传统检测设备经过有线办法连到人体上进行生理信息的收集,各种连线简单使患者心境严重,然后导致检测到的数据不精确。运用蓝牙技能能够很好地处理这个问题,带有蓝牙模块的医疗微型传感器安顿在家庭成员身上,尽量使其不对人体正常活动发生搅扰,再经过蓝牙技能将收集的数据传输到接纳设备并对其进行处理。
在智能机器人上装置1个带有蓝牙模块的勘探器作为接纳设备,各种医疗传感器将收集到的生理信息数据经过蓝牙模块传输到勘探器,勘探器有2种工作办法:一是将数据交给智能机器人处理,供给本地成果;二是与Internet衔接(也能够经过GSM无线模块直接发回),经过网络将数据传输到长途医疗中心,到达医疗保健与长途监护的意图。视频和音频数据的传输也选用这种办法。智能机器人的数据传输体系如图4所示。
4蓝牙模块的运用
4.1 蓝牙技能概略
蓝牙技能是用于代替电缆或连线的短间隔无线通讯技能。它的载波选用全球共用的2.4GHz(实践射频通道为f=2402+k×1MHz,k=0,1,2,.,78)ISM频带,并选用跳频办法来扩展频带,跳频速率为1600跳/s,可得到79个1MHz带宽的信道。蓝牙设备选用GFSK调制技能,通讯速率为1Mbit/s,实践有用速率最高可达721Kbit/s,通讯间隔为10m,发射功率为1mW;当发射功率为100mW时,通讯间隔可达100m,能够满意数字化家庭的需求。
4.2 蓝牙模块
ROK101007型蓝牙模块是爱立信公司推出的适宜于短间隔通讯的无线基带模块。它的集成度高、功耗小(射频功率为1mW),支撑一切的蓝牙协议,可嵌入任何需求蓝牙功用的设备中。该模块包含基带操控器、无线收发器、闪存、电源办理模块和时钟5个功用模块,可供给高至HCI(主机操控接口)层的功用。单个蓝牙模块的结构如图5所示。
4.3 主/从设备硬件组成
蓝牙技能支撑点到点PPP(Point-to-PointProtocol)和点对多点的通讯,用无线办法将若干蓝牙设备衔接成1个轻轻网。每个轻轻网由1个主设备(Master)和若干个从设备(Slave)组成,从设备最多为7台。主设备担任通讯协议的动作,MAC地址用3位来表明,即在1个轻轻网内可寻址8个设备(互联的设备数量实践是没有约束的,只不过在同一时间只能激活8个,其间1个为主,7个为从)。从设备受控于主设备。一切设备单元均选用同一跳频序列。
将带有蓝牙模块的微型医疗传感器作为从设备,将智能机器人上的带有蓝牙模块的勘探器作为主设备。主从设备的硬件首要包含天线单元、功率放大模块、蓝牙模块、嵌入式微处理器体系、接口电路及一些辅佐电路。主设备是整个蓝牙网络的中心部分,要完结各种不同通讯协议之间的转化和信息同享,以及同外部通讯网络之间的数据沟通功用,一起还担任对各个从设备的办理和操控。
5结束语
跟着社会的前进,经济的开展和人民生活水平的进步,越来越多的人需求家庭医疗保健服务。文中提出的运用于数字化家庭医疗保健服务的智能机器人体系的功用较为全面,且在家用智能机器人、依据蓝牙技能的智能家居和数字化医院等方面的拓宽运用十分宽广,具有极大的市场潜力。
