模塊化智能車用藍(lán)牙語(yǔ)音控制及安全保障系統(tǒng)

沈陸垚 周劍濤

摘 要：該方案基于藍(lán)牙的汽車物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，以藍(lán)牙遙控為切入點(diǎn)，進(jìn)一步研究和開發(fā)藍(lán)牙潛在的拓展運(yùn)用。充分運(yùn)用傳感器技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛者體征和汽車行駛情況；結(jié)合車載語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，便攜設(shè)備與車載終端連為一體，駕駛者通過(guò)語(yǔ)音就可以操作車輛；車載終端和手機(jī)信號(hào)之間的迅速切換，駕駛者只需通過(guò)藍(lán)牙耳機(jī)接聽(tīng)電話。另外，將模塊化的設(shè)計(jì)理念融入到車載藍(lán)牙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使得每個(gè)模塊相互配合，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音控制 安全保障 藍(lán)牙 車用系統(tǒng) 模塊化

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0007-02

隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，簡(jiǎn)單的控制操作機(jī)器已經(jīng)不能滿足人類的欲望，利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)讓機(jī)器理解人類的語(yǔ)言，以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互成為新的研究?jī)?nèi)容。對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，這種人機(jī)交互的方式當(dāng)是最自然的一種方式。同時(shí)，使人們?cè)谲噧?nèi)的時(shí)間也可以產(chǎn)生許多的綜合效益，將成為未來(lái)汽車廠商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。依靠大量物理按鈕的傳統(tǒng)車載終端無(wú)疑分散了駕駛者的注意力，非常危險(xiǎn)。在這種情況下，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)被日漸應(yīng)用在汽車上來(lái)實(shí)現(xiàn)一些智能操作。使車主“只動(dòng)嘴不動(dòng)手”的車載語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)將是一個(gè)非常有效的解決方案。

基于此，筆者創(chuàng)造性地提出基于QNX的車機(jī)藍(lán)牙無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)理念，采用藍(lán)牙短距離無(wú)線傳輸技術(shù)、體征監(jiān)測(cè)技術(shù)和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，完成駕駛員與車載終端的無(wú)線交互。該方案不僅增強(qiáng)用戶操控的便捷性，對(duì)于提升汽車品牌人性化方面和行車安全系數(shù)也具有極其重要的意義。

1 方案介紹

1.1 人機(jī)交互模塊

該模塊以藍(lán)牙耳機(jī)為載體向車載終端發(fā)送請(qǐng)求命令，或主動(dòng)接收推送信息，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示車輛的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。方案采用基于Multi-agent、面向任務(wù)的人機(jī)交互框架。將人的命令通過(guò)人機(jī)交互模塊，轉(zhuǎn)換為汽車ECU控制的信號(hào)，使人與車和諧統(tǒng)一起來(lái)。藍(lán)牙是實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信的硬件基礎(chǔ)。該方案采用的是ROK101007/1模塊，支持USB、UART和IIC，具有聲音和數(shù)據(jù)傳輸功能，符合藍(lán)牙1.1版本并通過(guò)了FCC/ETST認(rèn)證。

1.2 傳感器模塊

該方案采用的是MEMS傳感器與光纖光柵傳感器相結(jié)合的傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)。MEMS傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器，將微電子技術(shù)和精密機(jī)械加工技術(shù)融合在一起，實(shí)現(xiàn)微電子與機(jī)械系統(tǒng)的一體化，其體積和能耗小，可實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，便于大批量和高精度生產(chǎn)，單件成本低，易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列。光纖布拉格光柵傳感器的傳感信號(hào)為波長(zhǎng)調(diào)制，測(cè)量信號(hào)不受光源起伏、光纖彎曲損耗等的影響，是實(shí)時(shí)生命體征監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理想選擇。

根據(jù)兩種傳感器的特點(diǎn)，在駕駛座椅背上安裝光纖光柵傳感器，用以對(duì)駕駛者進(jìn)行生命體征的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在汽車中控方向盤、底盤安裝MEMS傳感器，對(duì)汽車行駛狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并及時(shí)反饋?？梢哉f(shuō)，該模塊給駕駛者和車輛提供了全面的保護(hù)，大大增加了行車的安全性。

1.3 語(yǔ)音識(shí)別模塊

識(shí)別系統(tǒng)本身由訓(xùn)練和識(shí)別兩個(gè)部分組成：訓(xùn)練就是建模的過(guò)程，預(yù)先分析出語(yǔ)音特征參數(shù)，制作成語(yǔ)音模板存放在語(yǔ)音參數(shù)庫(kù)中；識(shí)別過(guò)程就是把得到的語(yǔ)音參數(shù)通過(guò)處理與庫(kù)中已知參數(shù)模板作對(duì)比，采用判決方法找到最接近語(yǔ)音特征的模板，就可得到識(shí)別結(jié)果。這一過(guò)程由固定在車載終端中的微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)，并可以對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行處理。

鑒于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)還不夠成熟，同時(shí)駕駛環(huán)境復(fù)雜，這個(gè)模塊多用于對(duì)駕駛者對(duì)汽車非的駕駛性操作，不僅使駕駛更加智能高效，還可以大大減少非駕駛性操作對(duì)駕駛者的影響，使駕駛者更能全身心投入到駕駛中，極大地避免了安全事故的發(fā)生。

1.4 信號(hào)切換模塊

該模塊完全通過(guò)藍(lán)牙、車載終端和手機(jī)之間的信號(hào)傳遞實(shí)現(xiàn)，通過(guò)按下藍(lán)牙耳機(jī)上的控制按鈕，藍(lán)牙會(huì)向車載終端發(fā)送斷開連接的請(qǐng)求，車載終端在接收到信號(hào)后自動(dòng)斷開與藍(lán)牙耳機(jī)的連接，同時(shí)內(nèi)部的智能連接系統(tǒng)控制駕駛者的手機(jī)與藍(lán)牙耳機(jī)建立連接，此時(shí)駕駛者便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)手機(jī)的語(yǔ)音操控。這一模塊完全虛擬化數(shù)字化，體現(xiàn)了未來(lái)駕駛操作的數(shù)字化發(fā)展方向。

2 工作流程簡(jiǎn)介

此方案采用模塊化的工作方式。布置在汽車座椅后背的光纖光柵傳感器對(duì)駕駛員的身體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，布置在汽車中控方向盤、底盤的MEMS傳感器對(duì)汽車行駛狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。駕駛員通過(guò)車內(nèi)藍(lán)牙耳機(jī)和人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行信息處理對(duì)汽車實(shí)行語(yǔ)音控制。

2.1 駕駛者體征及汽車行駛監(jiān)測(cè)

通過(guò)安裝在座椅后背上的光纖光柵傳感器，車載系統(tǒng)可以在行車過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控駕駛者的呼吸、血流、心跳等生命體征，當(dāng)駕駛員在行車過(guò)程中其數(shù)值達(dá)到監(jiān)測(cè)臨界時(shí)，車載系統(tǒng)會(huì)通過(guò)車載音響語(yǔ)音提示+座椅震動(dòng)提醒駕駛員生命體征出現(xiàn)問(wèn)題，需停車休息。若此時(shí)還沒(méi)有剎車，車載系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)，直至駕駛者的生命體征恢復(fù)正常。

通過(guò)安裝在汽車中控方向盤、底盤的MEMS傳感器，車載系統(tǒng)可以對(duì)汽車行駛狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)汽車在行駛過(guò)程中出現(xiàn)異常時(shí)傳感器會(huì)迅速將信息傳遞給車載系統(tǒng)，并通過(guò)顯示屏報(bào)警。通過(guò)存儲(chǔ)在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的錯(cuò)誤應(yīng)對(duì)方案，顯示屏上會(huì)同時(shí)提供駕駛者幾條解決建議，駕駛者可通過(guò)反饋的信息自行處理。

2.2 藍(lán)牙語(yǔ)音智能控制

通過(guò)藍(lán)牙耳機(jī)，駕駛者可以建立與車載系統(tǒng)之間的無(wú)線連接，并且同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別模塊，從而通過(guò)語(yǔ)音指令代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手動(dòng)操控，實(shí)現(xiàn)開關(guān)空調(diào)、開關(guān)音樂(lè)、開關(guān)窗戶頂棚等非駕駛性操作，保證駕駛者坐在座位上只需對(duì)著話筒，按需要發(fā)出語(yǔ)音指令，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的語(yǔ)音控制，而駕駛員的注意力仍能專心駕駛，提高駕駛樂(lè)趣的同時(shí)保證了安全性。

2.3 來(lái)電無(wú)線接聽(tīng)

該方案通過(guò)信號(hào)切換模塊，使得通過(guò)藍(lán)牙接聽(tīng)來(lái)電與語(yǔ)音控制車載系統(tǒng)得以共存，當(dāng)有電話來(lái)時(shí)，駕駛者通過(guò)按下藍(lán)牙耳機(jī)上的控制按鈕，來(lái)進(jìn)行車載終端和手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的信號(hào)切換，便可以無(wú)線接聽(tīng)電話，免去了傳統(tǒng)接聽(tīng)電話時(shí)需要一只手拿手機(jī)的麻煩。當(dāng)電話掛斷時(shí)，駕駛者可以選擇再次按下控制按鈕恢復(fù)與車載終端的信號(hào)連接，也可以保持與手機(jī)的信號(hào)連接，通過(guò)Siri系統(tǒng)來(lái)語(yǔ)音控制手機(jī)。

2.4 附加功能

2.4.1 車輛自鎖及防盜功能

本功能實(shí)現(xiàn)攜帶藍(lán)牙耳機(jī)的駕駛員在離開車一定距離后，車載終端接受不到藍(lán)牙信號(hào)，車輛會(huì)自行落鎖，避免忘記關(guān)鎖，從而有效防盜。

2.4.2 車輛位置監(jiān)控

該功能建立在車載GPS系統(tǒng)、藍(lán)牙信號(hào)傳輸與其云同步的APP相結(jié)合的基礎(chǔ)上，駕駛者可通過(guò)手機(jī)上的配套APP查看汽車所在位置及汽車與人距離的，方便駕駛者在車海中找到自己的愛(ài)車。

2.4.3 一鍵求救

該功能是在與120求救系統(tǒng)互聯(lián)的前提下，車主可在車輛或人發(fā)生事故或不適時(shí)按下藍(lán)牙耳機(jī)上的求救按鈕，車載系統(tǒng)接收到藍(lán)牙信號(hào)后向120急救中心發(fā)出求救。

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