語音控制的節能舒適型機械式跑步機

常鳳楠,陳忠孝,魏建全,史園輝,邵亞強

（西安工業大學 電子信息工程學院,西安 710021）

0 引言

跑步作為一項簡單實用的運動項目，是最有效最健康的鍛煉方式，一直倍受人民的推崇。但是隨著如今霧霾天數的不斷刷新，都市的大氣變得越來越污濁再加上現代人的生活節奏多變動而緊張，戶外長跑變的越來越受限。本課題的目的是在傳統機械式跑步機的基礎上進行改善，使其更加舒適節能、經濟適用，并且通過增加語音控制功能為用戶提供一個輕松愉快的室內運動環境。

1 系統的整體功能原理設計方案

本項目設計的跑步機是通過用戶跑步時帶動跑步機履帶繼而利用發電機為整個系統子模塊供電，系統基于GSM技術和語音技術，并設計有USB加濕器、節能小臺燈、語音播放系統等，可以帶給用戶全面愉快的健身體驗。系統總體組成框圖如下圖1所示：

圖1 系統總體組成框圖

本項目設計的跑步機，具有以下功能：（1）相對現有的電動式跑步機而言，本項目設計的跑步機更加經濟實惠環保節能，在保證安全舒適的前提下占地更小；（2）支持語音式人機交互，既為用戶提示當前跑步狀態也可以在用戶的要求下在運動的同時播放符合用戶喜好的音樂；（3）增加USB加濕器和節能小電燈為用戶提供更加濕潤清新的運動環境和提示小光源；（4）對用戶的使用數據進行存儲并分析，得出健康報告以GSM短信方式發給用戶。

2 系統的硬件設計

（1）核心控制單元STM32模塊。本系統選用意法半導體(STMicroelectronics)公司生產的STM32F103VB作為系統的主控芯片。STM32F103VB是基于ARM Cortex-M3內核的中等容量增強型微控制器，工作頻率為72MHz，內部包含豐富的內部資源。

（2）LD3320語音模塊。本項目設計選用LD3320語音芯片，該芯片集成了語音識別處理器和一些外部電路，包括AD、DA轉換器、麥克風接口、聲音輸出接口等。

（3）GSM無線控制模塊。這里的無線控制模塊采用了GSM技術。這里選用西門子的MC52i實現對用戶手機發送跑步數據。在系統運行中，當用戶給出停止命令時，主控板通過RS-232串行總線控制GSM模塊，通過AT指令將主控計算好的用戶跑步數據和用戶鍛煉進行評判，以短信的方式發送給用戶作為用戶鍛煉的參考。

（4）編碼器模塊。在系統中采用增量式編碼器與機械式跑步機的后軸連接，通過增量式編碼器輸回主控的脈沖數就可以得到具體的跑步數據，并將得到的數據傳送給單片機處理，最后可通過顯示模塊實時的顯示出來，使用戶能夠隨時地了解自己的跑步狀態。

（5）顯示、按鍵模塊及其他輔助設備。本系統中的輔助設備主要有：USB加濕器、節能臺燈和小音箱等小型電子設備。在用戶使用的過程中，編碼器測量用戶的跑步數據輸送至主控，由主控將實時數據通過顯示模塊實時地顯示出此時的步速、周圍環境溫濕度等，并以此標準控制是否打開加濕器，為用戶提供較為舒適濕潤的環境。

3 系統的軟件設計

本系統的軟件設計從功能規劃上分為兩個大的部分：數據采集處理部分和語音交互部分。具體系統軟件功能框圖如圖2所示。系統實際工作時需要完成一下幾個功能：語音信息處理和編碼器信息處理，以及簡單的邏輯判斷和開關量的控制。系統的軟件功能圖如下圖2所示：

圖2 系統軟件功能框圖

4 總結

機械式跑步機結構簡單，易操作。利用微控芯片，機械式跑步機在健身運動時能夠顯示出健身者當前的速度、時間、節拍、距離等運動指標，使健身者能夠隨時根據自身的運動狀況調節訓練強度。在健身器材上安裝自發電裝置后，讓人們在健身活動中不僅鍛煉身體又能將消耗的體能轉換并存儲為電能，再次加以利用。

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[2]徐華文,李文峰.電動跑步機的人機工程設計[J].機械工程,2004.

[3]蘇鵬,周風余,陳磊.基于STM32的嵌入式語音識別模塊設計.山東大學,250061.