汽車人機交互平臺及多模式操控的實現(xiàn)

城李林 覃帥

摘 要：智能化是執(zhí)行器的必然趨勢，汽車制造商對汽車升級換代和客戶不斷要求的新功能使得汽車中的執(zhí)行器不斷增多，而集成電路使得執(zhí)行器的智能化成為可能。多模式操控是基于中央微機來實現(xiàn)的，包括中央微機的智能化設(shè)計、多模式操控的嵌入式軟件設(shè)計以及操控模式切換方法?？梢酝ㄟ^語音操控和觸摸按鈕實現(xiàn)對汽車的操控。

關(guān)鍵詞：汽車；人機交互；語音操控；觸摸按鈕

1中央微機智能化設(shè)計

1.1中央微機

中央微機是在一臺普通車載微機的基礎(chǔ)上添加一個控制器，使其具備骨干網(wǎng)通信能力。該微機采用了NS公司的GX1-300處理器，主頻300MHz， 128M內(nèi)存，軟件環(huán)境采用了嵌入式Windows CE操作系統(tǒng)作為運行平臺。經(jīng)過智能化設(shè)計后，該微機與骨干網(wǎng)和電力網(wǎng)具有標(biāo)準(zhǔn)的接插件，包括骨干網(wǎng)接插件；通過一個串行通信口與控制器進(jìn)行信息交換，進(jìn)而與車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。該微機的人機輸入包括：a）基于麥克風(fēng)的語音輸入；b>觸摸屏輸入。

1.2觸摸按鈕

觸摸按鈕用于實際電器操作；功能按鈕用于換頁顯示，不對實際電器進(jìn)行操作。按鈕具有“按下”、“彈起”兩種狀態(tài)，因此可以利用按鈕的狀態(tài)來指示電器的狀態(tài)。具有2種狀態(tài)的電器，可采用1個按鈕來指示其“關(guān)閉”和“打開”狀態(tài)，并在不同狀態(tài)下對“單擊”操作做不同定義。在“彈起”狀態(tài)下，點擊可定義為打開操作，在“按下”狀態(tài)下點擊可定義為關(guān)閉操作。對操作數(shù)大于2的電器，可根據(jù)實際操作習(xí)慣采用多個按鈕來進(jìn)行操作。每個操控按鈕由2幅圖片表示，分別表示按鈕“按下”和“彈兩種狀態(tài)。

1.3語音智能

本課題研究選用中科模式識別的Pattek引擎，該引擎能識別漢語語音，對中等詞匯量（500詞以下）的識別效率達(dá)到90%以上，運行時占內(nèi)存不超過820K 。語音詞表是語音識別引擎能直接識別的單詞的集合，語音引擎根據(jù)駕駛員聲音的錄音從引擎中挑選出最像的單詞，因此語音操控主要是設(shè)計語音詞表[1]。在語音操控方式中，用戶將意圖表達(dá)成語音命令，然后由系統(tǒng)進(jìn)行意圖識別并以指令的形式傳達(dá)至被控對象，達(dá)到利用語音命令對電器進(jìn)行操控的目的。同時由于在車載環(huán)境下，各種聲音干擾較大，因此還要對干擾進(jìn)行處理。

為了充分照顧駕駛員的說話習(xí)慣，充分利用語音引擎所能承受的詞表容量，采用模糊語音命令對電器進(jìn)行語音控制。由于漢語中存在大量同義詞，一個電器往往存在著不同的叫法，因此語音命令必須包含：1）所有的電器可能用到的稱謂，屬于名詞；2）操控電器可能用到的動作詞，屬于動詞。因此語音命令具有不精確性和模糊性。

2操控模式切換

語音操控、觸摸操控兩種模式之間需要進(jìn)行合理的切換。多模式操控軟件設(shè)計中央微機的軟件開發(fā)采用嵌入式C++語言，并在嵌入式操作系統(tǒng)WinCE上運行。車載微機從SCI串行口得到電器的狀態(tài)信息，更新后保存在微機內(nèi)存的電器工作狀態(tài)變量中，利用時間中斷程序，使得觸摸屏按鍵狀態(tài)與電器工作狀態(tài)同步，并向界面輸出；微機面板按鍵用于頁面控制，觸摸屏按鈕則分為電器控制和翻頁操作，如果是電器控制，則發(fā)送控制指令，否則就切換頁面[2]；語音輸入得到語音命令，根據(jù)電器語音命令模糊集，通過直接命令匹配的方法直接得到駕駛員意圖，如果是電器控制則利用命令匹配輸出控制指令，否則就進(jìn)行翻頁控制。由于語音操控和觸摸操控在同一個嵌入式WinCE程序下完成，語音命令的識別結(jié)果可以用等效的觸摸按鈕操作來表示，因此語音操控指令與觸摸操控指令預(yù)先合并，利用觸摸按鈕狀態(tài)來指示。

3多模式操控軟件設(shè)計

網(wǎng)關(guān)主要功能是實現(xiàn)兩種不同協(xié)議數(shù)據(jù)幀的透明轉(zhuǎn)換與傳輸。RS 一232協(xié)議數(shù)據(jù)幀是以單字節(jié)為一個報文，而CAN協(xié)議數(shù)據(jù)幀是以多字節(jié)（2一13字節(jié)）為一個報文，其中標(biāo)準(zhǔn)幀由2個字節(jié)的仲裁域和控制域，擴展幀為5個字節(jié)，每幀包含0-8個字節(jié)的數(shù)據(jù)域。因此，要實現(xiàn)二者數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換，需要對報文進(jìn)行重新拆分與組合。若要實現(xiàn)RS一232總線到CAN的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與發(fā)送，首先根據(jù)網(wǎng)關(guān)UART端口所接收第一個字節(jié)來判斷需接收數(shù)據(jù)長度，并按照CAN數(shù)據(jù)幀格式依次接收存儲到RS一232接收緩存區(qū)；然后調(diào)用協(xié)議轉(zhuǎn)換函數(shù)，協(xié)議轉(zhuǎn)換函數(shù)根據(jù)接收緩存區(qū)的第二個字節(jié)來確定數(shù)據(jù)幀的格式與類型，根據(jù)所發(fā)數(shù)據(jù)幀類型的不同選擇對應(yīng)控制域[3]，來確定所發(fā)數(shù)據(jù)域內(nèi)字節(jié)長度；調(diào)用CAN發(fā)送函數(shù)將RS一232接收緩存區(qū)數(shù)據(jù)對應(yīng)載人CAN控制器發(fā)送郵箱；最后，置發(fā)送請求使能位將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到CAN總線上，總線上的其他節(jié)點根據(jù)ID標(biāo)識來判斷是否接收，以實現(xiàn)相應(yīng)控制功能。

同理，若要實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀從CAN到RS一232發(fā)送，只需對上述過程反向進(jìn)行即可。當(dāng)CAN總線有數(shù)據(jù)到來時，通過CAN中斷接收函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲到CAN控制器接收郵箱；然后調(diào)取相應(yīng)轉(zhuǎn)換函數(shù)依次將接收郵箱CAN數(shù)據(jù)幀拆分為單字節(jié)，通過RS一232端口發(fā)送；最后，人機交互系統(tǒng)可將接收數(shù)據(jù)整合，在顯示界面窗口顯示。

4多模式操控實驗驗證

根據(jù)多模式操控的設(shè)計方法，建立了多模式操控實驗臺，用于驗證語音操控與觸摸操控[4]。經(jīng)過試驗驗證，該系統(tǒng)能很好的識別出該詞表中的語音命令，并判別駕駛員的意圖，實現(xiàn)了通過語音控制遠(yuǎn)近光燈、示廓燈及霧燈的開啟和關(guān)閉，后視鏡的上下左右調(diào)節(jié)以及車窗升降的控制功能。分別邀請了4位測試者對該實驗臺進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如表1所示。

測試表明，采用了語音命令和抗干擾設(shè)計后，電器控制的準(zhǔn)確率很高，誤操作率較小。

參考文獻(xiàn)

[1]張云.基于ARM和WinCE的電臺可視化人機交互接口的設(shè)計與實現(xiàn)：〔學(xué)位論文〕.長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

[2]David J Perreault， Khurram Afridi， Iftikhar A Khan. Automotive applications of power electronics. Power Electronics Handbook， 2007：635一659.

[3]高海波，洪文學(xué)，崔建新等.基于多元圖結(jié)構(gòu)子模式表示的模式識別方法.計算機應(yīng)用研究，2009， 26（2）： 549-552

[4]Tang S， Guo A. Choice behavior of Drosophila facing contradictory visual cues . Science ， 2001，294： 1543-1547