模块化智能车用蓝牙语音控制及安全保障系统

沈陆垚 周剑涛

摘 要：该方案基于蓝牙的汽车物联网应用，以蓝牙遥控为切入点，进一步研究和开发蓝牙潜在的拓展运用。充分运用传感器技术，实时监控驾驶者体征和汽车行驶情况；结合车载语音识别技术，便携设备与车载终端连为一体，驾驶者通过语音就可以操作车辆；车载终端和手机信号之间的迅速切换，驾驶者只需通过蓝牙耳机接听电话。另外，将模块化的设计理念融入到车载蓝牙系统的设计中，使得每个模块相互配合，大大提高了系统的可靠性和经济性。

关键词：语音控制 安全保障 蓝牙 车用系统 模块化

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（b）-0007-02

随着信息产业的快速发展，简单的控制操作机器已经不能满足人类的欲望，利用语音识别技术让机器理解人类的语言，以及实现人机交互成为新的研究内容。对用户来说，这种人机交互的方式当是最自然的一种方式。同时，使人们在车内的时间也可以产生许多的综合效益，将成为未来汽车厂商竞争的焦点。依靠大量物理按钮的传统车载终端无疑分散了驾驶者的注意力，非常危险。在这种情况下，语音识别技术被日渐应用在汽车上来实现一些智能操作。使车主“只动嘴不动手”的车载语音识别技术将是一个非常有效的解决方案。

基于此，笔者创造性地提出基于QNX的车机蓝牙无线监控系统，运用模块化的设计理念，采用蓝牙短距离无线传输技术、体征监测技术和语音识别技术，完成驾驶员与车载终端的无线交互。该方案不仅增强用户操控的便捷性，对于提升汽车品牌人性化方面和行车安全系数也具有极其重要的意义。

1 方案介绍

1.1 人机交互模块

该模块以蓝牙耳机为载体向车载终端发送请求命令，或主动接收推送信息，以实时监测和显示车辆的运行状态参数。方案采用基于Multi-agent、面向任务的人机交互框架。将人的命令通过人机交互模块，转换为汽车ECU控制的信号，使人与车和谐统一起来。蓝牙是实现无线通信的硬件基础。该方案采用的是ROK101007/1模块，支持USB、UART和IIC，具有声音和数据传输功能，符合蓝牙1.1版本并通过了FCC/ETST认证。

1.2 传感器模块

该方案采用的是MEMS传感器与光纤光栅传感器相结合的传感器监测技术。MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器，将微电子技术和精密机械加工技术融合在一起，实现微电子与机械系统的一体化，其体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列。光纤布拉格光栅传感器的传感信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗等的影响，是实时生命体征监测系统的理想选择。

根据两种传感器的特点，在驾驶座椅背上安装光纤光栅传感器，用以对驾驶者进行生命体征的实时监测。在汽车中控方向盘、底盘安装MEMS传感器，对汽车行驶状况进行监测并及时反馈。可以说，该模块给驾驶者和车辆提供了全面的保护，大大增加了行车的安全性。

1.3 语音识别模块

识别系统本身由训练和识别两个部分组成：训练就是建模的过程，预先分析出语音特征参数，制作成语音模板存放在语音参数库中；识别过程就是把得到的语音参数通过处理与库中已知参数模板作对比，采用判决方法找到最接近语音特征的模板，就可得到识别结果。这一过程由固定在车载终端中的微型计算机实现，计算机中存储有语音数据库，并可以对声音信号进行处理。

鉴于语音识别技术还不够成熟，同时驾驶环境复杂，这个模块多用于对驾驶者对汽车非的驾驶性操作，不仅使驾驶更加智能高效，还可以大大减少非驾驶性操作对驾驶者的影响，使驾驶者更能全身心投入到驾驶中，极大地避免了安全事故的发生。

1.4 信号切换模块

该模块完全通过蓝牙、车载终端和手机之间的信号传递实现，通过按下蓝牙耳机上的控制按钮，蓝牙会向车载终端发送断开连接的请求，车载终端在接收到信号后自动断开与蓝牙耳机的连接，同时内部的智能连接系统控制驾驶者的手机与蓝牙耳机建立连接，此时驾驶者便可以实现对手机的语音操控。这一模块完全虚拟化数字化，体现了未来驾驶操作的数字化发展方向。

2 工作流程简介

此方案采用模块化的工作方式。布置在汽车座椅后背的光纤光栅传感器对驾驶员的身体状况进行实时监测，布置在汽车中控方向盘、底盘的MEMS传感器对汽车行驶状况进行实时监测。驾驶员通过车内蓝牙耳机和人机交互系统进行信息处理对汽车实行语音控制。

2.1 驾驶者体征及汽车行驶监测

通过安装在座椅后背上的光纤光栅传感器，车载系统可以在行车过程中实时监控驾驶者的呼吸、血流、心跳等生命体征，当驾驶员在行车过程中其数值达到监测临界时，车载系统会通过车载音响语音提示+座椅震动提醒驾驶员生命体征出现问题，需停车休息。若此时还没有刹车，车载系统会自动对汽车进行制动，直至驾驶者的生命体征恢复正常。

通过安装在汽车中控方向盘、底盘的MEMS传感器，车载系统可以对汽车行驶状况进行监测，当汽车在行驶过程中出现异常时传感器会迅速将信息传递给车载系统，并通过显示屏报警。通过存储在系统数据库中的错误应对方案，显示屏上会同时提供驾驶者几条解决建议，驾驶者可通过反馈的信息自行处理。

2.2 蓝牙语音智能控制

通过蓝牙耳机，驾驶者可以建立与车载系统之间的无线连接，并且同时启动语音识别模块，从而通过语音指令代替传统的手动操控，实现开关空调、开关音乐、开关窗户顶棚等非驾驶性操作，保证驾驶者坐在座位上只需对着话筒，按需要发出语音指令，就可以实现对系统的语音控制，而驾驶员的注意力仍能专心驾驶，提高驾驶乐趣的同时保证了安全性。

2.3 来电无线接听

该方案通过信号切换模块，使得通过蓝牙接听来电与语音控制车载系统得以共存，当有电话来时，驾驶者通过按下蓝牙耳机上的控制按钮，来进行车载终端和手机等移动设备的信号切换，便可以无线接听电话，免去了传统接听电话时需要一只手拿手机的麻烦。当电话挂断时，驾驶者可以选择再次按下控制按钮恢复与车载终端的信号连接，也可以保持与手机的信号连接，通过Siri系统来语音控制手机。

2.4 附加功能

2.4.1 车辆自锁及防盗功能

本功能实现携带蓝牙耳机的驾驶员在离开车一定距离后，车载终端接受不到蓝牙信号，车辆会自行落锁，避免忘记关锁，从而有效防盗。

2.4.2 车辆位置监控

该功能建立在车载GPS系统、蓝牙信号传输与其云同步的APP相结合的基础上，驾驶者可通过手机上的配套APP查看汽车所在位置及汽车与人距离的，方便驾驶者在车海中找到自己的爱车。

2.4.3 一键求救

该功能是在与120求救系统互联的前提下，车主可在车辆或人发生事故或不适时按下蓝牙耳机上的求救按钮，车载系统接收到蓝牙信号后向120急救中心发出求救。

参考文献

[1]王淑华.MEMS传感器现状及应用[J].微纳电子技术，2011，48（8）：516-522.

[2]蔡欢欢.MEMS传感器在汽车电子中的应用[J].电子原件与材料，2014，33（5）：97-98.

[3]李海涛.基于QNX的车机蓝牙无线监控系统[J].电子与应用，2014，40（2）：115-117.

[4]郭克友，张沫，李娜，等.基于蓝牙技术的遥控车门系统设计[J].实验技术与管理，2013，30（1）：111-114.