语音控制的节能舒适型机械式跑步机

常凤楠,陈忠孝,魏建全,史园辉,邵亚强

（西安工业大学 电子信息工程学院,西安 710021）

0 引言

跑步作为一项简单实用的运动项目，是最有效最健康的锻炼方式，一直倍受人民的推崇。但是随着如今雾霾天数的不断刷新，都市的大气变得越来越污浊再加上现代人的生活节奏多变动而紧张，户外长跑变的越来越受限。本课题的目的是在传统机械式跑步机的基础上进行改善，使其更加舒适节能、经济适用，并且通过增加语音控制功能为用户提供一个轻松愉快的室内运动环境。

1 系统的整体功能原理设计方案

本项目设计的跑步机是通过用户跑步时带动跑步机履带继而利用发电机为整个系统子模块供电，系统基于GSM技术和语音技术，并设计有USB加湿器、节能小台灯、语音播放系统等，可以带给用户全面愉快的健身体验。系统总体组成框图如下图1所示：

图1 系统总体组成框图

本项目设计的跑步机，具有以下功能：（1）相对现有的电动式跑步机而言，本项目设计的跑步机更加经济实惠环保节能，在保证安全舒适的前提下占地更小；（2）支持语音式人机交互，既为用户提示当前跑步状态也可以在用户的要求下在运动的同时播放符合用户喜好的音乐；（3）增加USB加湿器和节能小电灯为用户提供更加湿润清新的运动环境和提示小光源；（4）对用户的使用数据进行存储并分析，得出健康报告以GSM短信方式发给用户。

2 系统的硬件设计

（1）核心控制单元STM32模块。本系统选用意法半导体(STMicroelectronics)公司生产的STM32F103VB作为系统的主控芯片。STM32F103VB是基于ARM Cortex-M3内核的中等容量增强型微控制器，工作频率为72MHz，内部包含丰富的内部资源。

（2）LD3320语音模块。本项目设计选用LD3320语音芯片，该芯片集成了语音识别处理器和一些外部电路，包括AD、DA转换器、麦克风接口、声音输出接口等。

（3）GSM无线控制模块。这里的无线控制模块采用了GSM技术。这里选用西门子的MC52i实现对用户手机发送跑步数据。在系统运行中，当用户给出停止命令时，主控板通过RS-232串行总线控制GSM模块，通过AT指令将主控计算好的用户跑步数据和用户锻炼进行评判，以短信的方式发送给用户作为用户锻炼的参考。

（4）编码器模块。在系统中采用增量式编码器与机械式跑步机的后轴连接，通过增量式编码器输回主控的脉冲数就可以得到具体的跑步数据，并将得到的数据传送给单片机处理，最后可通过显示模块实时的显示出来，使用户能够随时地了解自己的跑步状态。

（5）显示、按键模块及其他辅助设备。本系统中的辅助设备主要有：USB加湿器、节能台灯和小音箱等小型电子设备。在用户使用的过程中，编码器测量用户的跑步数据输送至主控，由主控将实时数据通过显示模块实时地显示出此时的步速、周围环境温湿度等，并以此标准控制是否打开加湿器，为用户提供较为舒适湿润的环境。

3 系统的软件设计

本系统的软件设计从功能规划上分为两个大的部分：数据采集处理部分和语音交互部分。具体系统软件功能框图如图2所示。系统实际工作时需要完成一下几个功能：语音信息处理和编码器信息处理，以及简单的逻辑判断和开关量的控制。系统的软件功能图如下图2所示：

图2 系统软件功能框图

4 总结

机械式跑步机结构简单，易操作。利用微控芯片，机械式跑步机在健身运动时能够显示出健身者当前的速度、时间、节拍、距离等运动指标，使健身者能够随时根据自身的运动状况调节训练强度。在健身器材上安装自发电装置后，让人们在健身活动中不仅锻炼身体又能将消耗的体能转换并存储为电能，再次加以利用。

[1]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京：科学出版社,2009.

[2]徐华文,李文峰.电动跑步机的人机工程设计[J].机械工程,2004.

[3]苏鹏,周风余,陈磊.基于STM32的嵌入式语音识别模块设计.山东大学,250061.