基于藍牙和DSP的家庭醫(yī)療保健智能機器人設(shè)計方案

數(shù)字化家庭是未來智能小區(qū)系統(tǒng)的基本單元。所謂“數(shù)字化家庭”就是基于家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)提供覆蓋整個家庭的智能化服務(wù)，包括數(shù)據(jù)通信、家庭娛樂和信息家電控制功能。

數(shù)字化家庭設(shè)計的一項主要內(nèi)容是通信功能的實現(xiàn)，包括家庭與外界的通信及家庭內(nèi)部相關(guān)設(shè)施之間的通信。從現(xiàn)在的發(fā)展來看，外部的通信主要通過寬帶接入Internet，而家庭內(nèi)部的通信，筆者采用目前比較具有競爭力的藍牙（Bluetooth）無線接入技術(shù)。

傳統(tǒng)的數(shù)字化家庭采用PC進行總體控制，缺乏人性化。筆者根據(jù)人工情感的思想設(shè)計一種配備多種外部傳感器的智能機器人，將此智能機器人視作家庭成員，通過它實現(xiàn)對數(shù)字化家庭的控制。

本文主要就智能機器人在數(shù)字化家庭醫(yī)療保健方面的應(yīng)用進行模型設(shè)計，在智能機器人與醫(yī)療儀器和控制PC的通信采用藍牙技術(shù)。整個系統(tǒng)的成本較低，功能較為全面，擴展應(yīng)用非常廣闊，具有極大的市場潛力。

2.1 智能機器人的多傳感器系統(tǒng)

機器人智能技術(shù)中最為重要的相關(guān)領(lǐng)域是機器人的多感覺系統(tǒng)和多傳感信息的集成與融合，統(tǒng)稱為智能系統(tǒng)的硬件和軟件部分。視覺、聽覺、力

覺、觸覺等外部傳感器和機器人各關(guān)節(jié)的內(nèi)部傳感器信息融合使用，可使機器人完成實時圖像傳輸、語音識別、景物辨別、定位、自動避障、目標(biāo)物探測等重要功能;給機器人加上相關(guān)的醫(yī)療模塊（CCD、CAMERA、立體麥克風(fēng)、圖像采集卡等）和專用醫(yī)療傳感器部件，再加上醫(yī)療專家系統(tǒng)就可以實現(xiàn)醫(yī)療保健和遠程醫(yī)療監(jiān)護功能。智能機器人的多傳感器系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.2 智能機器人控制系統(tǒng)

機器人控制系統(tǒng)包含2部分：一是上位機，一般采用PC，它完成機器人的運動軌跡規(guī)劃、傳感器信息融合控制算法、視覺處理、人機接口及遠程處理等任務(wù);二是下位機，一般采用多單片機系統(tǒng)或DSP等作為控制器的核心部件，完成電機伺服控制、反饋處理、圖像處理、語音識別和通信接口等功能。

如果采用多單片機系統(tǒng)作為下位機，每個處理器完成單一任務(wù)，通過信息交換和相互協(xié)調(diào)完成總體系統(tǒng)功能，但其在信號處理能力上明顯有所欠缺。由于DSP擅長對信號的處理，而且對此智能機器人來說經(jīng)常需要信號處理、圖像處理和語音識別，所以采用DSP作為智能機器人控制系統(tǒng)的控制器。

控制系統(tǒng)以DSP（TMS320C54x）為核心部件，由藍牙無線通信、GSM無線通信（支持GPRS）、電機驅(qū)動、數(shù)字羅盤、感覺功能傳感器（視覺和聽覺等）、醫(yī)療傳感器和多選一串口通信（RS-232）模塊等組成，控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。

⑴系統(tǒng)通過驅(qū)動電機和轉(zhuǎn)向電機控制機器人的運動，轉(zhuǎn)向電機利用數(shù)字羅盤的信息作為反饋量進行PID控制。

⑵采用愛立信（Ericsson）公司的ROK101007型電路作為藍牙無線通信模塊，實現(xiàn)智能機器人與上位機PC的通信和與其他基于藍牙模塊的醫(yī)療保健儀器的通信。

⑶支持GPRS的GSM無線通信模塊支持數(shù)據(jù)、語音、短信息和傳真服務(wù)，采用手機通信方式與遠端醫(yī)療監(jiān)控中心通信。

⑷由于TMS320C54x只有1個串行口，而藍牙模塊、GSM無線模塊、數(shù)字羅盤和視覺聽覺等感覺功能傳感器模塊都是采用RS-232異步串行通信，所以必須設(shè)計1個多選一串口通信模塊進行轉(zhuǎn)換處理。當(dāng)TMS320C54x需要藍牙無線通信模塊的數(shù)據(jù)時通過電路選通;當(dāng)TMS320C54x需要某個傳感器模塊的數(shù)據(jù)時，關(guān)斷上次無線通信模塊的選通，同時選通該次傳感器模塊。這樣，各個模塊就完成了與TMS320C54x的串口通信。