CN101217584A - 可用于汽车的语音命令控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

可用于汽车的语音命令控制方法，接收语音命令，将语音命令转化为系统认识的命令交由系统根据不同任务，发送指令控制不同模块完成各种功能。应用非特定人的语音识别技术使得车载终端系统对所有人都有通用性。实现该方法的控制系统，包括语音识别模块、GPRS模块、GPS模块以及电子地图的完整系统，各模块通过嵌入式系统的平台集成在一起，通过信息交互完成各种功能。本发明可根据提供的语音命令完成语音拨打电话、接听电话等功能，结合电子地图可实现图形界面的车载实时导航，满足了车载终端系统的各种实用需求；该系统构成简单、通用性强，语音的人机接口使得系统更加人性化、便于使用，在汽车电子领域有很好的发展前景。

Description

可用于汽车的语音命令控制方法及系统

技术领域

本发明属于汽车电子、通信领域，主要涉及语音识别技术、车载语音通话、GPS实时导航和嵌入式系统技术。

背景技术

汽车产业的迅速发展使得我国的汽车拥用量越来越多，在使用汽车出行的同时，人们对汽车的安全性和便利性也提出了更高的要求。为了满足人们的需求，目前汽车上都使用分离的车载电话或是导航装置来增加汽车的功能。但是这些分离设备功能有限且成本高，整体集成度低，而且操作过程都需要驾驶员手动操作，这就会影响驾驶员的安全驾驶，造成安全隐患。

近年来语音识别技术已经发展到可以进行日常应用的水平，并且有成形的语音识别产品可以应用到系统中，为现代控制提供了便利的人机接口。另外，移动嵌入式系统的使用越来越广，其成熟的软硬件系统可以和汽车电子很好的结合在一起，直接采集车内信息并增加内置的各种功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种可用于汽车的语音命令控制方法及以语音命令为人机接口的车载多功能终端系统，该系统具有语音电话、导航和诊断等功能，并接受语音指令的控制，满足汽车智能化的需要。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：提出了一种能够通过语音命令来控制车载电话和车载导航等功能的方法及系统，它可以在ARM9的WindowsCE.NET 4.2平台(ARM是现在市场上流行的嵌入式芯片标准，Windows CE是典型的嵌入式开发平台)上集成了语音识别模块、GPRS模块、GPS模块以及电子地图的完整系统，可以完成车载电子设备的各种需求，包括语音拨打电话、语音激活车载导航及收集车内信息等。该系统通过语音识别模块接收语音命令，并将语音命令转化为系统认识的命令交由系统处理，系统根据不同任务，可以发送AT指令控制GPRS模块，实现车载电话，也可以利用GPS模块的位置信息，在电子地图上完成导航。各模块通过嵌入式系统的平台集成在一起，通过信息交互完成各种功能。

本发明的技术方案主要包括：语音识别模块、GPRS模块、GPS模块、ARM以及Windows CE上的控制软件和电子地图，最后完成整个系统的集成。

(1)语音识别模块：可使用凌声芯的语音识别模块EM220CN，使用非特定人中文语音识别技术，只要启动语音识别，并说出语音命令，便可根据内部存储的文本文件，转换成该命令相应的二进制代码由I/O口送出，该信号送到系统后即可完成相应的控制。

(2)GPRS模块：可使用西门子公司的MC35i来完成GPRS通信的功能，添加了必要的配置电路以及音频输入输出处理电路、电源模块和功放模块，完成了免提通话功能。MC35i的所有配置和数据通信采用串行口的AT命令实现，通过发送AT命令给MC35i可以完成各种电话功能，再加上麦克风和音箱的输入输出电路即可实现免提车载电话的功能。

(3)GPS模块：可使用JP13搭配专用的GPS天线来实现GPS定位信息的接收，JP13定位精度高、定位速度快，引脚接口简单，仅需添加电源、GPS天线及RS232转换器即可与外部进行通讯，通过串行口将实时的位置信息传递给ARM。

(4)ARM及Windows CE操作系统：为了满足本系统的要求，采用了ARM9体系结构的芯片，操作系统使用了Windows CE.NET 4.2嵌入式操作系统，构成了强大的软硬件平台。可使用EP9315的ARM9芯片，运算速度快，具有丰富的接口资源，配合嵌入式操作系统Windows CE工作。在该操作系统上使用EVC可以实现界面编程，提供很好的人机接口，并且较高的运算速度和多线程机制为车载系统的集成提供了很好的解决方法，在这样的嵌入式系统平台上进行开发，可以利用更多的资源并且合理的完成模块间的信息交互和操作。

(5)控制软件：控制软件主要是语音命令的输入部分、语音电话的控制部分及其他一些功能的使用。

语音命令的输入部分：这一部分完成整个系统的控制命令输入功能。通过接收外部启动按钮的信号，来触发语音识别功能，在接收到语音命令并完成识别后，读取相应的识别结果作为整个系统的控制输入。

语音电话的控制部分：这一部分主要完成对电话功能的控制，主要是通过内部固化的AT指令集通过串口完成和GPRS模块的信息交互，软件采用消息机制来实现进程间通信，转换系统的状态，根据需要发送AT指令，控制GPRS模块完成拨打、接听电话等功能，并且可以通过相应的设置实现GPRS上网。

其他功能：这一部分主要是实现对其他功能的调用，包括激活车载导航系统，使得导航开始工作，利用电子地图完成车载实时导航，也可以调用车载诊断系统，收集车内信息，分析汽车当前运行状况，另外也可以实现紧急呼救以及接受监控中心实时监控的需要。

(6)电子地图：可使用灵图公司的天行者6电子地图软件，该软件提供了很好的人机接口，道路信息详尽，导航功能也很完善，通过读取串行口传送来的GPS位置信息，即可以完成车载实时导航，并提供语音指导。

(7)系统集成：整个系统通过硬件上的物理连接实现集成，主要是通过I/O口、串行口以及CAN接口完成连接，在完成物理连接的基础上，通过Windows CE上的软件实现对各个物理连接的读写操作，完成信息交互，并把各种信息在ARM的处理软件上进行处理，按照不同需要调用模块实现各种功能。

本发明与现有技术相比具有以下一些优点：

(1)语音命令控制。目前大部分车载终端系统都采用手动控制来完成对系统的操作，进行任何操作时，都要靠驾驶员用手来按动一系列按钮来实现，这在行车过程中会分散驾驶员的注意力，增加交通危险，而本系统采用语音命令来控制车载系统的各项功能，在需要操作时，只要说出相关的命令即可完成，解放了驾驶员的双手，不仅使用方便更增加了安全性。

(2)系统集成的功能丰富。目前的车载电话、车载导航及其他一些功能往往都是独立的设备，并没有集成在一起，要实现这些功能，需要在汽车上增加很多设备，成本高而且使用起来不方便。本系统将车载电话、车载导航和汽车诊断等功能集成到了一个平台上，使该系统的功能更强，而且通过同一个人机接口交互，使用起来方便，可以使车载设备的各功能相互结合，完成更多的需求。

(3)采用非特定人的中文语音识别。以往的语音识别需要提前录制操作者的声音信号，然后才可以在操作时准确识别语音命令，只能够针对录制声音的操作者使用。而该系统采用非特定人的中文语音识别，不需要提前录制声音，只要使用者清晰的说出中文语音命令即可由系统完成识别，系统不再是只针对训练者使用的，而是对所有人都可以使用，使用简单，通用性强。

(4)通用性强，移植方便。由于本系统的硬件结构简单而且集合成为了一个系统，所以安装便利。另外软件系统是在嵌入式操作系统上开发的，所以可以在相同的硬件平台上任意移植，将自己的车载终端方便的搬移到另外一辆汽车上，方便了用户的管理和操作。

(5)实时定位，并结合电子地图进行语音导航。该系统通过实时接收卫星信号来进行定位，并根据已有路径规划来确定汽车的行驶路线，结合车载电子地图显示当前位置，并在转弯处等进行语音提示。

(6)可以保持与监控中心的联络。该车载系统利用GPRS可以实现持续在线，这样便可以和监控中心始终保持联系，从监控中心得到各种帮助，如道路拥堵信息等，另外也可以上传汽车位置和状态信息，由监控中心帮助处理。

(7)系统便于扩展。该系统预留通用接口，通过配合相应的软件，可以连接现有车载设备，扩展各种娱乐功能。

(8)系统数据存储量大，更新方便。相比较以前的独立车载设备，本系统拥有很大的存储空间，可以存放大量电子地图、通讯信息和汽车诊断数据。另外，由于各车载功能通过嵌入式操作系统上的应用软件实现，所以只需简单的操作就可以随时更新车载终端的功能和数据。

根据车载的环境，设计了合理的语音人机接口，简化了操作，以系统的稳定性和可靠性为目标，使各功能的实现更加简单更加迅速。由于接口采用语音命令，所以便于上手，不需要学习即可顺利使用，方便了使用者，也便于该系统的广泛应用。

考虑到行车安全、使用方便、功能丰富等需求，本发明提供了一整套车载终端系统的解决方案，通过利用各模块的集成，在嵌入式操作系统上实现了强大的功能，系统便于实现，容易更新和维护，充分发挥了嵌入式系统的优点。

通过把语音识别技术和嵌入式系统相结合，并置于汽车内部，不但可以增加车载电话、实时导航以及汽车诊断等功能，更重要的是它采用了语音命令的人机接口，解放了驾驶员的双手，使得行车更加安全。这样，只要简单的说出命令，车载终端系统就可以完成相应的功能，进行电话操作等，大大提高了汽车的安全性和便利性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的系统结构框图；

图2是本发明一种实施例的GPRS模块的结构框图；

图3是本发明一种实施例的GPS模块的结构框图；

图4是本发明一种实施例的语音识别模块的结构框图；

图5是本发明一种实施例的软件结构框图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

请参阅图1，为本发明的系统结构框图。系统主要包括六个部分：基于EP9315构建的嵌入式系统核心部分，GPRS模块MC35i，GPS模块JP13，语音识别模块EM220CN，CAN接口和液晶屏。系统通过语音识别模块获得语音指令，然后由ARM进行处理，GPRS模块可以完成车载电话功能，GPS模块结合电子地图可以实现车载实时导航，系统通过CAN接口和汽车内部的CAN总线通信，触摸屏显示信息和提供人机接口。整个系统通过在硬件上集成这些模块，并通过嵌入式操作系统上的软件实现各种功能。

请参阅图2，为GPRS模块的结构框图。其核心部分为西门子公司的MC35i，电源负责为整个模块供电，MC35i通过启动电路启动，从SIM卡中读取配置文件，完成初始化。GPRS模块通过串行通信接口接收来自系统的AT命令，根据AT命令完成配置和拨打电话、接听电话等操作。麦克风和音箱提供了音频输入输出接口，可以实现免提电话的功能。

请参阅图3，为GPS模块的结构框图。其核心部分为JP13，由电源进行供电，通过GPS天线接收卫星信号，经过JP13获得位置信息，该位置信息通过串行通信接口传递给系统，系统在得到该位置信息后便可以结合车载电子地图，按照规划好的路径进行导航。

请参阅图4，为语音识别模块的结构框图。使用EM220CN实现非特定人的语音识别功能，需要将词条文本下载到模块中。通过外部启动按钮启动识别过程，在提示音后，利用麦克风输入语音命令，EM220CN对语音命令进行识别，将其翻译为相应的二进制代码，在识别结束后，通过中断信号口给系统一个中断信号，随后输出识别结果的二进制代码，系统在接收到中断信号后就开始接收识别结果的二进制代码，并利用该代码做为整个系统的控制信号，完成相应的功能。

请参阅图5，为本发明的软件结构框图。本系统的软件运行在Windows CE操作系统上，使用EVC进行编程。为实现与各部分模块的通信，需要编写串行通信口和CAN接口的驱动程序，从而完成数据读写。系统创建专门的线程读取普通I/O口的命令信号和电话号码，然后根据该信号执行各功能，包括车载电话、车载导航和车内信息收集。车载电话部分可以发送AT命令给GPRS模块，来根据输入的电话号码拨打电话，或是接听电话。车载导航部分可以从串行口得到GPS位置信息，利用天行者6的电子地图软件即可完成导航功能。车内信息收集部分通过对CAN接口的读写操作与车内CAN总线进行通信。整个软件采用消息机制进行线程间的相互通信，根据各种功能需求完成对接口的读写操作。总之，本发明的语音控制的车载终端系统，包括语音识别模块的应用，提供人机语音交互接口，命令输入采用语音输入，解放了驾驶员的双手，将非特定人的语音识别技术应用到了汽车电子中，使得车载终端系统对所有人都有通用性，并且整个语音控制结构简单，易于实现。

车载语音电话，电话的拨打和接听都不需要进行手工操作，利用车内麦克风和音箱实现了车内免提电话的功能，利用MC35i实现了车载通信的需求，还可以完成GPRS上网。

车载实时导航，利用GPS模块实时获得位置信息，利用该信息结合天行者电子地图，可以完成汽车的准确定位，并且使用软件的导航功能和图形显示界面可以提供很好的导航功能。

将车载电话和车载导航的功能通过一个系统实现，并且为各功能的使用引入了语音控制命令，替代了原有的手动操作，完成了整个系统的集成，构成了一套完整的语音控制车载终端系统，集成的系统占有资源更少，更有利于信息的共享。

可采用基于Windows CE的软件结构，为各个功能开立独立的线程，使系统并行运行多个功能，线程间采用消息进行通信，根据不同的条件转换系统所处的状态，发送相应的控制信号给各模块完成操作。

上述的EM220CN只是一种语音识别模块的选择，该选择从价格和功能上比较适合，在市场上可以找到很多这种成品化的语音识别模块来进行代替，均可完成将语音命令转化为二进制信号输出的功能，目前相关的语音识别产品比较多见，例如北京华录润声以及厦门天聪都有类似产品提供。

上述MC35i是比较常用的GPRS通信模块，应用该模块是一种比较好的选择，它的资料详细，标准工作电路都有参考；MC35i正常工作需要复位电路和电源模块，关于它的复位电路和电源模块在其应用手册上都有典型的电路可以参考。MC35i自带输入输出接口，可以直接连接麦克风和听筒，为了能够有足够的功率驱动音箱，特别加上功放模块，功放模块选用成品的芯片即可，将其接在音频输出接口后即可实现功放功能。

当然也可以找到其它替代品，比如WAVECOM GSM/GPRS Q2403A等，只要按照同样的方法使用即可实现该通信功能。

上述JP13是实现GPS的一种选择，目前GPS接收芯片相当普遍，很多都可以直接通过串行口进行通信，配合天线完成使用。

除了上述的EP9315外，也可使用S3C2410等ARM9芯片来完成相应任务，其原理与此处使用EP9315完全相同，在嵌入式操作系统上进行开发，整个系统都完全相似。

电子地图可以选择其它厂家提供的，比如NaviOne等电子地图，其功能都是相似的，只是界面和操作方法可能略有不同，安装在该系统上就可以直接使用。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的提示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于汽车的语音命令控制方法，其特征在于：通过集成系统中的语音识别模块接收语音命令，并将语音命令转化为系统认识的命令交由系统处理，系统根据不同任务，发送指令控制不同模块完成各种功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：应用非特定人的语音识别技术使得车载终端系统对所有人都有通用性，

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

语音命令的输入：通过接收外部启动按钮的信号，来触发语音识别功能，在接收到语音命令并完成识别后，读取相应的识别结果作为整个系统的控制输入。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：语音电话的控制：这一部分主要完成对电话功能的控制，主要是通过内部固化的AT指令集通过串口完成和GPRS模块的信息交互，软件采用消息机制来实现进程间通信，转换系统的状态，根据需要发送AT指令，控制GPRS模块完成拨打、接听电话等功能。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：通过相应的设置实现GPRS上网。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：还包括激活车载导航系统，使得导航开始工作，利用电子地图完成车载实时导航。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：还包括调用车载诊断系统，收集车内信息，分析汽车当前运行状况。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：还包括实现紧急呼救以及接受监控中心实时监控的需要。

9.实现权利要求1至9中任一所述方法的系统，其特征在于：包括语音识别模块、GPRS模块、GPS模块以及电子地图的完整系统，各模块通过嵌入式系统的平台集成在一起，通过信息交互完成各种功能。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：

语音识别模块：使用凌声芯的语音识别模块EM220CN，使用非特定人中文语音识别技术，只要启动语音识别，并说出语音命令，便可根据内部存储的文本文件，转换成该命令相应的二进制代码由I/O口送出，该信号送到系统后即可完成相应的控制；

GPRS模块：使用西门子公司的MC35i来完成GPRS通信的功能，添加了必要的配置电路以及音频输入输出处理电路、电源模块和功放模块，完成了免提通话功能；MC35i的所有配置和数据通信采用串行口的AT命令实现，通过发送AT命令给MC35i可以完成各种电话功能，再加上麦克风和音箱的输入输出电路即可实现免提车载电话的功能；

GPS模块：使用JP13搭配专用的GPS天线来实现GPS定位信息的接收，添加电源、GPS天线及RS232转换器即可与外部进行通讯，通过串行口将实时的位置信息传递给ARM；

ARM及Windows CE操作系统：使用EP9315的ARM9芯片，配合嵌入式操作系统Windows CE工作；

电子地图：使用灵图公司的天行者6电子地图软件，通过读取串行口传送来的GPS位置信息，即可以完成车载实时导航，并提供语音指导；

系统集成：整个系统通过硬件上的物理连接实现集成，通过I/O口、串行口以及CAN接口完成连接，在完成物理连接的基础上，通过Windows CE上的软件实现对各个物理连接的读写操作，完成信息交互，并把各种信息在ARM的处理软件上进行处理，按照不同需要调用模块实现各种功能。

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