基于语音控制的OBD车载智能终端系统设计

陈少伟 潘梦鹞 何哲宇 钟玉灵

摘  要：针对现有车载智能终端手动操作烦琐，转移驾驶员注意力进而导致交通安全事故风险等问题，通过对语音控制技术的研究，提出了一种基于语音控制的OBD车载智能终端系统。该系统包括车载智能终端和OBD系统交互端两大部分，基于语音识别控制可以实现读VIN码、读故障码、读数据流和车辆控制等功能。经过实车试验表明，该系统运行稳定可靠，能够准确识别语音指令，降低了车载智能终端操作的复杂程度，有效减少了交通安全风险因素。

关键词：语音控制;语音识别;STM32;OBD

中图分类号：TP391.4;TN929.5     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）12-0041-03

Abstract： In view of the problems that cumbersome manual operation of the existing on-board intelligent terminal， which diverts the driver's attention and then leads to the risk of traffic safety accidents， through the research of voice control technology， an OBD on-board intelligent terminal system based on voice control is proposed. The system includes two parts of on-board intelligent terminal and OBD system interaction terminal. Based on voice recognition control， it can realize the functions of reading VIN code， reading fault code， reading data flow and vehicle control and so on. The real vehicle test shows that the system runs stably and reliably， can accurately recognize voice commands， reduce the complexity of on-board intelligent terminal operation， and effectively reduce traffic safety risk factors.

Keywords： voice control; voice recognition; STM32; OBD

0  引  言

随着智能技术的快速发展，汽车智能化产品应用越来越多。OBD，简称车载诊断系统，主要用于监测汽车各电控系统工作状态信息[1]，它是汽车内部电子系统和外部电子设备信息交互的主要渠道。基于OBD技术的车载智能终端因能够给车主提供车辆实时状态监测、故障快速诊断等功能而得到广泛应用[2]。车载智能终端主要以固定车载装置或者手机APP的形式存在[3]，驾驶员往往需要手动操作这些车载智能终端，操作繁杂很不方便，在行车过程中容易转移驾驶员的注意力而导致存在很大的安全驾驶风险。本文对语音控制技术进行了研究，设计了一种基于语音控制的OBD车载智能终端系统，该系统采用语音控制方式，降低驾驶员的操作难度，减轻操作负担，让驾驶员专注于汽车安全驾驶，对避免交通安全事故的发生，保障人民生命财产安全有十分重要的意义。

1  系统总体结构

基于语音控制的OBD车载智能终端系统总体结构如图1所示，在一般实际车辆中，OBD接口往往是在驾驶方向盘下面比较隐蔽的地方，本系统需要通过OBD接口和汽车内部电控单元进行交互通信，实现汽车控制和汽车数据获取等功能。

本系统还需要考虑方便驾驶员拥有良好的人机交互效果，因此，本系统设计了车载智能终端和OBD系统交互端两大模块，两大模块通过蓝牙通信方式实现数据交互，OBD系统交互端的OBD插头与汽车的OBD接口直接连接。其主要工作过程为：车载智能终端的语音模块实时监听驾驶员的语音指令信息，如果监听到语音指令信息，语音模块自动把语音信息和内部预设的语音信息进行匹对，如果匹对成果，语音模块输出中断信号给车载智能终端的STM32F1控制模块进行语音结果获取，STM32F1控制模块通过蓝牙通信方式把语音指令数据下传到OBD系统交互端的STM32F1控制模块，STM32F1控制模块根据指令的要求获取汽车的数据或者控制汽车执行相应的動作。若STM32F1控制模块成功获取汽车的数据，则通过蓝牙通信方式把数据上传到STM32F1控制模块，并最终在车载智能终端的显示模块中显示，同时在语音模块中进行播报。

2  硬件设计

2.1  智能控制单元

车载智能终端和OBD系统交互端两大模块分别拥有一个智能控制单元。车载智能终端涉及语音识别、语音播报、数据显示、蓝牙通信等功能，需要引脚数量比较多和运行速度比较快的单片机。OBD系统交互端需要具有CAN通信模块以便和车载OBD系统进行交互通信。考虑本系统的实际需求，最终选择了ST公司的STM32F103ZET6作为两大模块智能控制单元的主控芯片。STM32F103ZET6芯片是一款采用基于ARMCortex—M3内核的高性能低功耗处理器[4]，工作频率高达72 MHz，运行速度快，实时性强，还集成非常丰富的外设资源，包括串口、CAN、引脚端口、中断等，满足系统多功能实现需求。控制器具备的CAN控制器，可与车载OBD系统的CAN网络进行交互通信，实现车辆数据采集和车辆控制。

2.2  数据传输单元

本系统要求实现车载智能终端和OBD系统交互端之间的数据传输，蓝牙通信采用无线电波通信，中间省去了通信线束的影响，同时具有和串口通信一样简便的软件编程操作，因此，本系统数据传输单元选择了蓝牙通信方式，蓝牙模块型号为HC-02，通过上位机软件进行AT指令操作设置蓝牙模块参数，该蓝牙模块工作频段2.4 GHz，内置PCB天线，默认波特率9 600，有效传输距离10米，满足我们系统车内空间工作距离要求[5，6]。

2.3  语音交互单元

语音交互单元主要是完成驾驶员与系统之间的语音沟通，包括驾驶员发出语音请求，语音交互单元需要完成语音识别，并且把识别结果以数据形式让智能控制单元获取。也包括在驾驶员交互过程中，系统能够以语音的方式进行应答，比如，在驾驶员唤醒系统的时候，系统能够说出“小明在，请问有什么事吗？”的应答词语，还有能够播报故障码、数据流等信息，让驾驶员有一个非常好的人机交互体验。因此，本系统采用ICRoute公司的LD3323语音识别模块[4]，该模块内部集成了稳定高效的语音处理算法，不需用户额外接Flash、RAM，不需要用户事先训练和录音而完成非特定人语音识别，识别准确率高。这个模块不但具有语音识别还有语音播报功能，满足系统的语音交互需求。

2.4  信息显示单元

信息显示单元主要是显示故障码、数据流，以及一些语音交互过程信息等。本系统采用4.3寸的TFTLCD液晶显示器，分辨率为800×480，16位真彩显示，满足信息显示要求。TFTLCD液晶显示器采用16位并行方式接口，可以与STM32F103ZET6的FSMC接口直接相连接，有效提高了数据传输速度。

3  软件设计

软件设计包括车载智能终端程序和OBD系统交互端程序两大部分。OBD系统交互端程序主要根据语音控制指令要求完成车载数据采集和汽车控制等两个功能。OBD系统交互端程序设计思路和车载智能终端程序是一样的。本文主要介绍车载智能终端程序设计思路，主程序如图2所示。主程序首先进行串口、TFTLCD液晶显示模块、LD3320语音模块和芯片中断等初始化，然后进入while循环程序。在while循环程序里面通过判别标记变量Flag值的不同而跳转执行相应的功能程序。由于LD3320语音模块的语音识别和语音播报，还有数据显示等都會首先触发中断，因此，在中断服务程序里面识别来自不同功能中断触发，然后把标记变量flag值修改成相对应的值，最后在主程序里面执行相应的功能程序，如图3所示。

4  系统应用

为了验证系统设计的可靠性和稳定性，我们选择在2017款丰田卡罗拉上进行测试，系统实物如图4所示。我们用车载电源给系统供电，系统上电后立刻进入硬件初始化，然后进入循环监控待机状态。试验开始，驾驶员首先说出“小明，在吗？”一级语音指令，语音识别成功后，车载智能终端立刻说出“小明在，请问有什么事吗？”紧接着驾驶员就是陆续说出“读VIN码”“读故障码”“读数据流”“清故障码”“控制车辆执行”等二级语音命令，系统最终按指令要求一一顺利完成功能，如图5所示，验证了系统功能的可靠性。为了验证语音识别功能的稳定性，我们研究了实际使用环境情况，最终设计了不同驾驶员分别在停车状态（发动机没启动）、行驶状态等不同场景的语音识别测试项目，测试结果如表1所示。

从表1中可以看出，系统识别成功率在95%左右，达到系统设计要求，满足驾驶员对系统的控制需要。从表格数据可以发现，停车状态比行驶状态效果要好，普通话标准比不标准的驾驶员效果要好。对此，我们采取了增加邻近发音词汇的识别，提高了系统的识别可靠性。还有，当语音识别不成功的时候，系统会自动说出“主人，小明听不清，请您再说一遍”，这样有效增强了系统的人机语音交互体验。

5  结  论

本文设计了一种基于语音控制的OBD车载智能终端系统，该系统经过实车测试，实现了设计功能，语音识别成功率达到系统设计要求。系统操作由传统的手动操作升级为语音智能操作，降低驾驶员的操作难度，提高驾驶员的驾驶安全性，它是属于智能语音技术在汽车安全驾驶领域的成功应用。

参考文献：

[1] 白东，钱松荣.基于OBD的车辆信息管理平台 [J].微型电脑应用，2017，33（7）：65-68.

[2] 陈晓娟，楼培德.基于OBD的车载智能终端现状及其发展趋势 [J].软件，2014，35（10）：95-99.

[3] 陈传灿，徐聪.汽车OBD系统发展综述 [J].汽车零部件，2016（7）：94-96.

[4] 苏鹏，周风余，陈磊.基于STM32的嵌入式语音识别模块设计 [J].单片机与嵌入式系统应用，2011，11（2）：42-45.

[5] 姜太强.基于STM32F1平台的AGV避障设计 [J].电子制作，2020（21）：19-21.

[6] 徐琬婷，蒋玲，余红英，等.基于蓝牙技术的家用环境监控测试仪设计 [J].西安文理学院学报（自然科学版），2021，24（3）：26-30.

作者简介：陈少伟（1987.10—），男，汉族，广东广州人，讲师，硕士研究生，主要研究方向：机电液智能测控。