CN104986040A - 一种语音识别汽车车速控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是汽车车速控制，尤其是一种基于语音识别控制汽车车速的控制器及其控制方法。包括语音识别模块和汽车中央控制器ECU，语音识别模块包括麦克风阵列和语音识别芯片，麦克风阵列与语音识别芯片相连；语音识别芯片与汽车中央控制器ECU相连；语音识别模块安装在汽车驾驶室控制面板中，接收设定的语音信号，并将该语音信号传输给汽车中央控制器ECU，汽车中央控制器ECU收到该语音信号后，其输出控制电控喷油器的脉冲信号发生改变；汽车钥匙开关与语音识别芯片的复位端相连。本发明采用语音控制汽车油门，保证驾驶的安全性，系统结构简单，使用方便，适合推广。
Description
技术领域
本发明涉及的是汽车车速控制，尤其是一种基于语音识别控制汽车车速的控制器及其控制方法。
背景技术
随着汽车持有率的不断上升，随之而来的交通事故也成直线型的上升，其中错将油门当刹车踩的事故屡见不鲜，新手开车，最初极易犯的错误是：想踩刹车，但不知怎么的却踩到了油门。其实，出现这种失误的岂止新手，“老司机”因疲劳驾驶或注意力不集中，犯这种错误的也不在少数。因此，急切地需要能轻松而又不会因误操作启动的车速控制器。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种语音识别汽车车速控制器及其控制方法，是一种基于人工智能语音识别技术的控制器，汽车钥匙启动汽车的同时也启动语音识别芯片，每使用一次汽车钥匙，语音识别芯片都会刷新语音数据库，重新进行身份识别，储存声音信息；通过自动识别驾驶者语言中关于车速的数字，达到汽车中央控制器ECU对车速进行精确控制的目的，最大程度的避免了由脚来控制油门带来的种种错误操作及其引起的各种事故。
一种语音识别汽车车速控制器及其控制方法是采取以下技术方案实现的：
一种语音识别汽车车速控制器包括语音识别模块和汽车中央控制器ECU，语音识别模块包括麦克风阵列和语音识别芯片，麦克风阵列与语音识别芯片相连；语音识别芯片与汽车中央控制器ECU相连；语音识别模块安装在汽车驾驶室控制面板中，接收设定的语音信号，并将该语音信号传输给汽车中央控制器ECU，汽车中央控制器ECU收到该语音信号后，其输出控制电控喷油器的脉冲信号发生改变，从而达到改变汽车车速的目的；
汽车钥匙开关与语音识别芯片的复位端相连，司机每使用一次汽车钥匙，钥匙芯片重启一次语音识别系统，对司机的声音进行采集、分析、储存；从而保证的司机语音的唯一性，即谁启动汽车就听谁的语音控制。
所述麦克风阵列接收司机的语音输入，用于信源定位识别；所述麦克风阵列对噪声十分敏感，能最大限度将环境背景声音滤掉，只剩下需要的声波，是自动语音识别定位一个关键的预处理部件。
所述语音识别芯片采用特定人语音识别芯片，针对指定人的语音识别，其他人的话不识别，预先将使用者的语音参考样本存入当成比对的资料库。
所述特定人语音识别芯片采用市售的SPCE061A语音识别芯片，这个芯片不是唯一的选择，可以根据实际情况选择语音识别芯片。
所述麦克风阵列采用市售的基于微机电系统MEMS的麦克风阵列，是由STM32F4微控制器和MEMS麦克风组成的一个硬件音频信号同步采集处理系统，其信号捕捉能力相当于8个采样率高达48 KHz的麦克风。
一种语音识别汽车车速控制器的控制方法包括如下步骤：
1）当插入汽车钥匙时，语音识别系统的复位端接受到汽车钥匙芯片信息，语音识别系统自动擦除语音识别芯片中随机存取存储器RAM的内容，为语音训练做准备；
2）当语音识别芯片中随机存取存储器RAM的信息被清除后，自动转入训练模式，语音识别系统的语音输出端发出语音信号，通过车载扬声器播放语音提示，提示用户语音训练已启动；
3）用户按照系统提示依次对各条命令进行训练；在训练过程中，如训练成功则由语音提示进行下一条命令进行训练，若失败，则提示用户继续训练此条语音；
4）全部命令训练完毕后系统准备进行语音辨识
当向语音识别汽车车速控制器发出语音命令时，声波通过麦克端口输入，将相应的信号传递到语音识别芯片，经编解码电路和数字信号处理后，在语音识别芯片中与预先植入的语音库中的命令进行比较辨识，根据辨识的结果进行判断，转换为能被系统辨识的信号，从而锁定特定人也就是汽车司机语音，进行语音跟踪控制；
步骤4）中，当用户在行驶中发出语音命令时，语音识别系统识别司机对车速的要求后，将音频信号传输到汽车中央控制器ECU，由汽车中央控制器ECU控制喷油器的喷油量，从而实现了对车速的实时控制。
本发明优点：采用语音控制，可有效地控制汽车油门，将传统的由脚控制油门改为语音控制油门及车速，将模糊控制变为精确控制，本发明中独特的特定人语音识别技术有效的保证了司机语音的独特性，保证驾驶的安全性，系统结构简单，使用方便，适合推广。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明控制器的工作原理框图；
图2是本发明采用的语音识别芯片的结构图。
具体实施方式
参照附图1~2，本发明一种语音识别汽车车速控制器包括语音识别模块和汽车中央控制器ECU，语音识别模块包括麦克风阵列和语音识别芯片，麦克风阵列与语音识别芯片相连；语音识别芯片与汽车中央控制器ECU相连；语音识别模块安装在汽车驾驶室控制面板中，接收设定的语音信号，并将该语音信号传输给汽车中央控制器ECU，汽车中央控制器ECU收到该语音信号后，其输出控制电控喷油器的脉冲信号发生改变，从而达到改变汽车车速的目的；
汽车钥匙开关与语音识别芯片的复位端相连，司机每使用一次汽车钥匙，钥匙芯片重启一次语音识别系统，对司机的声音进行采集、分析、储存；从而保证的司机语音的唯一性，即谁启动汽车就听谁的语音控制。
所述麦克风阵列接收司机的语音输入，用于信源定位识别；所述麦克风阵列对噪声十分敏感，能最大限度将环境背景声音滤掉，只剩下需要的声波，是自动语音识别定位一个关键的预处理部件。
所述语音识别芯片采用特定人语音识别芯片，针对指定人的语音识别，其他人的话不识别，预先将使用者的语音参考样本存入当成比对的资料库。
所述特定人语音识别芯片采用市售的SPCE061A语音识别芯片，这个芯片不是唯一的选择，可以根据实际情况选择语音识别芯片。
所述麦克风阵列采用市售的基于微机电系统MEMS的麦克风阵列，是由STM32F4微控制器和MEMS麦克风组成的一个硬件音频信号同步采集处理系统，其信号捕捉能力相当于8个采样率高达48 KHz的麦克风。
一种语音识别汽车车速控制器的控制方法包括如下步骤：
1）当插入汽车钥匙时，语音识别系统的复位端接受到汽车钥匙芯片信息，语音识别系统自动擦除语音识别芯片中随机存取存储器RAM的内容，为语音训练做准备；
2）当语音识别芯片中随机存取存储器RAM的信息被清除后，自动转入训练模式，语音识别系统的语音输出端发出语音信号，通过车载扬声器播放语音提示，提示用户语音训练已启动；
3）用户按照系统提示依次对各条命令进行训练；在训练过程中，如训练成功则由语音提示进行下一条命令进行训练，若失败，则提示用户继续训练此条语音；
4）全部命令训练完毕后系统准备进行语音辨识
当向语音识别汽车车速控制器发出语音命令时，声波通过麦克端口输入，将相应的信号传递到语音识别芯片，经编解码电路和数字信号处理后，在语音识别芯片中与预先植入的语音库中的命令进行比较辨识，根据辨识的结果进行判断，转换为能被系统辨识的信号，从而锁定特定人也就是汽车司机语音，进行语音跟踪控制；
步骤4）中，当用户在行驶中发出语音命令时，语音识别系统识别司机对车速的要求后，将音频信号传输到汽车中央控制器ECU，由汽车中央控制器ECU控制喷油器的喷油量，从而实现了对车速的实时控制。
麦克风阵列由音源方向测定、数据融合、自动语音识别和自动说话人确认模块组成；其中，音频方向测定用于运行三个不同的音频方向估算算法；数据融合负责推断方向，自动语音识别利用传入的音频信号增强主音源信号强度，衰减主音源周围的其它音频信号。最后，自动说话人确认识别某些关键词汇，再利用相关特征与说话人匹配；如果语音识别任务没有成功，则反馈给数据融合系统，估算新方向传入的语音，然后驱动麦克风阵列指向该方向。
汽车中央控制器ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器（CPU）、存储器（ROM、、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。用一句简单的话来形容就是“ECU就是汽车的大脑”。
ECU通过各种传感器包括温度传感器、压力传感器、旋转传感器、流量传感器、位置传感器、氧气传感器、爆震传感器和本发明中所述的语音识别信号等收集发动机的各部分工作状态信息，由负责传输的线路发送至ECU。在ECU接收了这些信号之后，就会对各种信号进行分析，便会得知发动机各部件功能处于什么样的状态，运作情况如何的信息，然后根据事先写好的程序自动运算，在这个状态下应该让哪些执行元件做哪些事情，继而将指令发送到执行元件，命令执行元件工作。
语音识别系统识别司机语音中对车速的要求后，将音频信号传输到汽车中央控制器ECU，由ECU控制喷油器的喷油量，实现了对车速的实时控制。
本发明将汽车驾驶员作为特定人，特定人语音识别在使用前必须要进行语音定位，一般按照机器提示训练2遍语音词条即可使用。
对于嵌入式系统而言，语音识别硬件组成要考虑很多其它因素，首先由于成本的限制，一般使用定点DSP，这意味着算法的复杂度受到限制;其次，对产品化有各种严格的限制，这就需要一个高度集成的硬件DSP，因此最理想的硬件组成是系统级的芯片。
本发明以语音识别芯片SPCE061A控制器为构建语音辨识系统的开发平台。 语音识别芯片SPCE061A是一款16位独具语音特色的控制器，片内采用的μ‘nSPTM(microcontroller and signal processor)核心处理器，具有较高的处理速度，能够完成16位算术逻辑运算、16×16位硬件乘法运算和DSP内积滤波运算、能够快速处理复杂的数字信号，不需要额外的专用语音控制芯片，就能实现语音的编解码等，既节省了设计成本，又能满足一定的控制要求。控制器采用模块化架构，集成了ICE(在线仿真)、锁相环振荡器、时基控制器、7通道10位AD转换器、单通道AD+AGC(自动增益)转换器、双通道10位DA转换器、通用异步通信接口、串行输入输出接口、电压监控等模块，结构图如图2所示。
语音识别芯片SPCE061A配有专用的麦克接口用于语音训练和辨识阶段的语音输入，16位的定时／计数器用于语音信号的控制采样，内置的硬件乘法器和内积运算保证了辨识算法的运行。在软件方面，提供一个语音辨识函数库bsrv222SDL．lib，足以完成系统对特定人语音的连续辨识，包括训练函数和辨识函数，还可以将训练好的特征模型导入和导出等。 由于语音命令的特征模型要保存到RAM中，所以首先擦除语音识别芯片SPCE061A中的RAM，与语音训练做准备。训练模式启动后，系统播放语音提示，提示用户语音训练已启动，接下来用户可按照系统提示依次对各条命令进行训练，在训练过程中，如训练成功则由语音提示进行下一条命令进行训练，若失败，也会提示用户继续训练此条语音，全部命令训练完毕后系统将准备进行语音辨识；当向控制器发出语音命令时，声波通过麦克端口输入，将相应的信号传递到SP-CEO61A处理芯片，经编解码电路和数字信号处理后，在芯片中通过相关程序与预先植入的语音库中的命令进行比较辨识，根据辨识的结果进行判断，转换为能被系统辨识的信号，从而对被监控系统进行控制。
现在汽车钥匙均使用芯片，为磁性芯片系统。汽车点火锁芯的读识线圈将对钥匙的芯片进行读取；芯片都有固定的数字信息。汽车钥匙开关与语音识别芯片SPCE061A的复位端相连，当司机每使用一次汽车钥匙，钥匙芯片则会重启一次语音识别系统，对司机的声音进行采集、分析、储存。保证的司机语音的唯一性，也就是谁启动汽车就听谁的语音控制。
本发明采用语音控制，有效地控制汽车油门，将传统的由脚控制油门改为语音控制油门及车速，将模糊控制变为精确控制，保证驾驶的安全性。
Claims (8)
1.一种语音识别汽车车速控制器，其特征在于：包括语音识别模块和汽车中央控制器ECU，语音识别模块包括麦克风阵列和语音识别芯片，麦克风阵列与语音识别芯片相连；语音识别芯片与汽车中央控制器ECU相连；语音识别模块安装在汽车驾驶室控制面板中，接收设定的语音信号，并将该语音信号传输给汽车中央控制器ECU，汽车中央控制器ECU收到该语音信号后，其输出控制电控喷油器的脉冲信号发生改变；汽车钥匙开关与语音识别芯片的复位端相连。
2.根据权利要求1所述的语音识别汽车车速控制器，其特征在于：所述麦克风阵列接收司机的语音输入，用于信源定位识别。
3.根据权利要求1所述的语音识别汽车车速控制器，其特征在于：所述语音识别芯片采用特定人语音识别芯片。
4.根据权利要求1所述的语音识别汽车车速控制器，其特征在于：所述特定人语音识别芯片采用SPCE061A语音识别芯片。
5.根据权利要求1所述的语音识别汽车车速控制器，其特征在于：所述麦克风阵列采用基于微机电系统MEMS的麦克风阵列。
6.权利要求1所述的一种语音识别汽车车速控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）当插入汽车钥匙时，语音识别系统的复位端接受到汽车钥匙芯片信息，语音识别系统自动擦除语音识别芯片中随机存取存储器RAM的内容，为语音训练做准备；
2）当语音识别芯片中随机存取存储器RAM的信息被清除后，自动转入训练模式，语音识别系统的语音输出端发出语音信号，通过车载扬声器播放语音提示，提示用户语音训练已启动；
3）用户按照系统提示依次对各条命令进行训练；在训练过程中，如训练成功则由语音提示进行下一条命令进行训练，若失败，则提示用户继续训练此条语音；
4）全部命令训练完毕后系统准备进行语音辨识
当向语音识别汽车车速控制器发出语音命令时，声波通过麦克端口输入，将相应的信号传递到语音识别芯片，经编解码电路和数字信号处理后，在语音识别芯片中与预先植入的语音库中的命令进行比较辨识，根据辨识的结果进行判断，转换为能被系统辨识的信号，从而锁定汽车司机语音，进行语音跟踪控制。
7.根据权利要求6所述的一种语音识别汽车车速控制器的控制方法，其特征在于：司机每使用一次汽车钥匙，钥匙芯片重启一次语音识别系统，对司机的声音进行采集、分析、储存；从而保证的司机语音的唯一性，即谁启动汽车就听谁的语音控制。
8.根据权利要求6所述的一种语音识别汽车车速控制器的控制方法，其特征在于：步骤4）中，当用户在行驶中发出语音命令时，语音识别系统识别司机对车速的要求后，将音频信号传输到汽车中央控制器ECU，由汽车中央控制器ECU控制喷油器的喷油量，实现对车速的实时控制。
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