城李林 覃帥

摘 要：智能化是執(zhí)行器的必然趨勢(shì)，汽車制造商對(duì)汽車升級(jí)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(jī)來實(shí)現(xiàn)的，包括中央微機(jī)的智能化設(shè)計(jì)、多模式操控的嵌入式軟件設(shè)計(jì)以及操控模式切換方法?？梢酝ㄟ^語音操控和觸摸按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的操控。

關(guān)鍵詞：汽車；人機(jī)交互；語音操控；觸摸按鈕

1中央微機(jī)智能化設(shè)計(jì)

1.1中央微機(jī)

中央微機(jī)是在一臺(tái)普通車載微機(jī)的基礎(chǔ)上添加一個(gè)控制器，使其具備骨干網(wǎng)通信能力。該微機(jī)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(yùn)行平臺(tái)。經(jīng)過智能化設(shè)計(jì)后，該微機(jī)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(gè)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(jī)的人機(jī)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(shí)際電器操作；功能按鈕用于換頁顯示，不對(duì)實(shí)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(gè)按鈕來指示其“關(guān)閉”和“打開”狀態(tài)，并在不同狀態(tài)下對(duì)“單擊”操作做不同定義。在“彈起”狀態(tài)下，點(diǎn)擊可定義為打開操作，在“按下”狀態(tài)下點(diǎn)擊可定義為關(guān)閉操作。對(duì)操作數(shù)大于2的電器，可根據(jù)實(shí)際操作習(xí)慣采用多個(gè)按鈕來進(jìn)行操作。每個(gè)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(shí)別的Pattek引擎，該引擎能識(shí)別漢語語音，對(duì)中等詞匯量（500詞以下）的識(shí)別效率達(dá)到90%以上，運(yùn)行時(shí)占內(nèi)存不超過820K 。語音詞表是語音識(shí)別引擎能直接識(shí)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(jì)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(shí)別并以指令的形式傳達(dá)至被控對(duì)象，達(dá)到利用語音命令對(duì)電器進(jìn)行操控的目的。同時(shí)由于在車載環(huán)境下，各種聲音干擾較大，因此還要對(duì)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(duì)電器進(jìn)行語音控制。由于漢語中存在大量同義詞，一個(gè)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(dòng)作詞，屬于動(dòng)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(jì)中央微機(jī)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(yùn)行。車載微機(jī)從SCI串行口得到電器的狀態(tài)信息，更新后保存在微機(jī)內(nèi)存的電器工作狀態(tài)變量中，利用時(shí)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(jī)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(gè)嵌入式WinCE程序下完成，語音命令的識(shí)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(jì)

網(wǎng)關(guān)主要功能是實(shí)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(gè)報(bào)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(gè)報(bào)文，其中標(biāo)準(zhǔn)幀由2個(gè)字節(jié)的仲裁域和控制域，擴(kuò)展幀為5個(gè)字節(jié)，每幀包含0-8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)域。因此，要實(shí)現(xiàn)二者數(shù)據(jù)格式的相互轉(zhuǎn)換，需要對(duì)報(bào)文進(jìn)行重新拆分與組合。若要實(shí)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(gè)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(chǔ)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(gè)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(duì)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(duì)應(yīng)載人CAN控制器發(fā)送郵箱；最后，置發(fā)送請(qǐng)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(diǎn)根據(jù)ID標(biāo)識(shí)來判斷是否接收，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)控制功能。

同理，若要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀從CAN到RS一232發(fā)送，只需對(duì)上述過程反向進(jìn)行即可。當(dāng)CAN總線有數(shù)據(jù)到來時(shí)，通過CAN中斷接收函數(shù)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)多模式操控的設(shè)計(jì)方法，建立了多模式操控實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于驗(yàn)證語音操控與觸摸操控[4]。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)能很好的識(shí)別出該詞表中的語音命令，并判別駕駛員的意圖，實(shí)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(qǐng)了4位測(cè)試者對(duì)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

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

參考文獻(xiàn)

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[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(shí)別方法.計(jì)算機(jī)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