汽车人机交互平台及多模式操控的实现

城李林 覃帅

摘 要：智能化是执行器的必然趋势，汽车制造商对汽车升级换代和客户不断要求的新功能使得汽车中的执行器不断增多，而集成电路使得执行器的智能化成为可能。多模式操控是基于中央微机来实现的，包括中央微机的智能化设计、多模式操控的嵌入式软件设计以及操控模式切换方法。可以通过语音操控和触摸按钮实现对汽车的操控。

关键词：汽车；人机交互；语音操控；触摸按钮

1中央微机智能化设计

1.1中央微机

中央微机是在一台普通车载微机的基础上添加一个控制器，使其具备骨干网通信能力。该微机采用了NS公司的GX1-300处理器，主频300MHz， 128M内存，软件环境采用了嵌入式Windows CE操作系统作为运行平台。经过智能化设计后，该微机与骨干网和电力网具有标准的接插件，包括骨干网接插件；通过一个串行通信口与控制器进行信息交换，进而与车载网络进行信息交换。该微机的人机输入包括：a）基于麦克风的语音输入；b>触摸屏输入。

1.2触摸按钮

触摸按钮用于实际电器操作；功能按钮用于换页显示，不对实际电器进行操作。按钮具有“按下”、“弹起”两种状态，因此可以利用按钮的状态来指示电器的状态。具有2种状态的电器，可采用1个按钮来指示其“关闭”和“打开”状态，并在不同状态下对“单击”操作做不同定义。在“弹起”状态下，点击可定义为打开操作，在“按下”状态下点击可定义为关闭操作。对操作数大于2的电器，可根据实际操作习惯采用多个按钮来进行操作。每个操控按钮由2幅图片表示，分别表示按钮“按下”和“弹两种状态。

1.3语音智能

本课题研究选用中科模式识别的Pattek引擎，该引擎能识别汉语语音，对中等词汇量（500词以下）的识别效率达到90%以上，运行时占内存不超过820K 。语音词表是语音识别引擎能直接识别的单词的集合，语音引擎根据驾驶员声音的录音从引擎中挑选出最像的单词，因此语音操控主要是设计语音词表[1]。在语音操控方式中，用户将意图表达成语音命令，然后由系统进行意图识别并以指令的形式传达至被控对象，达到利用语音命令对电器进行操控的目的。同时由于在车载环境下，各种声音干扰较大，因此还要对干扰进行处理。

为了充分照顾驾驶员的说话习惯，充分利用语音引擎所能承受的词表容量，采用模糊语音命令对电器进行语音控制。由于汉语中存在大量同义词，一个电器往往存在着不同的叫法，因此语音命令必须包含：1）所有的电器可能用到的称谓，属于名词；2）操控电器可能用到的动作词，属于动词。因此语音命令具有不精确性和模糊性。

2操控模式切换

语音操控、触摸操控两种模式之间需要进行合理的切换。多模式操控软件设计中央微机的软件开发采用嵌入式C++语言，并在嵌入式操作系统WinCE上运行。车载微机从SCI串行口得到电器的状态信息，更新后保存在微机内存的电器工作状态变量中，利用时间中断程序，使得触摸屏按键状态与电器工作状态同步，并向界面输出；微机面板按键用于页面控制，触摸屏按钮则分为电器控制和翻页操作，如果是电器控制，则发送控制指令，否则就切换页面[2]；语音输入得到语音命令，根据电器语音命令模糊集，通过直接命令匹配的方法直接得到驾驶员意图，如果是电器控制则利用命令匹配输出控制指令，否则就进行翻页控制。由于语音操控和触摸操控在同一个嵌入式WinCE程序下完成，语音命令的识别结果可以用等效的触摸按钮操作来表示，因此语音操控指令与触摸操控指令预先合并，利用触摸按钮状态来指示。

3多模式操控软件设计

网关主要功能是实现两种不同协议数据帧的透明转换与传输。RS 一232协议数据帧是以单字节为一个报文，而CAN协议数据帧是以多字节（2一13字节）为一个报文，其中标准帧由2个字节的仲裁域和控制域，扩展帧为5个字节，每帧包含0-8个字节的数据域。因此，要实现二者数据格式的相互转换，需要对报文进行重新拆分与组合。若要实现RS一232总线到CAN的数据转换与发送，首先根据网关UART端口所接收第一个字节来判断需接收数据长度，并按照CAN数据帧格式依次接收存储到RS一232接收缓存区；然后调用协议转换函数，协议转换函数根据接收缓存区的第二个字节来确定数据帧的格式与类型，根据所发数据帧类型的不同选择对应控制域[3]，来确定所发数据域内字节长度；调用CAN发送函数将RS一232接收缓存区数据对应载人CAN控制器发送邮箱；最后，置发送请求使能位将数据帧发送到CAN总线上，总线上的其他节点根据ID标识来判断是否接收，以实现相应控制功能。

同理，若要实现数据帧从CAN到RS一232发送，只需对上述过程反向进行即可。当CAN总线有数据到来时，通过CAN中断接收函数将数据存储到CAN控制器接收邮箱；然后调取相应转换函数依次将接收邮箱CAN数据帧拆分为单字节，通过RS一232端口发送；最后，人机交互系统可将接收数据整合，在显示界面窗口显示。

4多模式操控实验验证

根据多模式操控的设计方法，建立了多模式操控实验台，用于验证语音操控与触摸操控[4]。经过试验验证，该系统能很好的识别出该词表中的语音命令，并判别驾驶员的意图，实现了通过语音控制远近光灯、示廓灯及雾灯的开启和关闭，后视镜的上下左右调节以及车窗升降的控制功能。分别邀请了4位测试者对该实验台进行了测试，测试结果如表1所示。

测试表明，采用了语音命令和抗干扰设计后，电器控制的准确率很高，误操作率较小。

参考文献

[1]张云.基于ARM和WinCE的电台可视化人机交互接口的设计与实现：〔学位论文〕.长沙：国防科学技术大学，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，洪文学，崔建新等.基于多元图结构子模式表示的模式识别方法.计算机应用研究，2009， 26（2）： 549-552

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