论文总字数：20114字

目 录

1 引言

1.1研究意义

1.2研究现状

1.3本文工作内容

2设计方案论证

2.1设计目的

2.2本设计的技术方案

2.2.1单片机主控芯片的选择

2.2.2语音识别模块的选择

2.2.3测距模块的设计

2.2.4红外对射模块的设计

2.2.5显示模块的设计

2.3本设计的优点和效果

3系统硬件设计与实现

3.1系统硬件概述

3.2主要单元电路设计

3.3.1电源电路

3.2.2语音识别模块

3.2.3测距模块

3.2.4红外对射模块

3.2.5显示模块

3.2.6电机模块

4程序设计

4.1基于语音识别的汽车车窗升降系统的主程序设计

4.2子程序设计

4.2.1语音识别模块

4.2.2测距模块控制程序

4.2.3红外对射模块控制程序

4.2.4显示模块控制程序

5系统调试

5.1软件调试

5.2硬件调试

6结论

参考文献

致谢

基于语音识别的汽车车窗升降系统设计

唐彬彬

, China

Abstract: At present, the use of hand-cranked and electric lifts is generally applied in the lifting of windows of vehicles. This can cause drivers to distract attention when adjusting the windows and pose safety hazards for driving. As for now, the windows of many vehicles are not equipped with anti-clamp windows. To solve the above problems, this paper designs a new type of car window lifting system. The system uses voice recognition and microcontroller technology, so that the driver can control the window movements through voice commands. Voice recognition module recognizes the driver’s voice password to open the system, and then identifies the command which makes the car window to the specified height and transmitted to the microcontroller unit. The microcontroller unit compares the measurement data obtained from the distance measurement module with the height of the window requested by the voice adjustment command. The motor controls window to a specified height according to the adjustment command. When the window rises, the infrared shot module is used to achieve the anti-clipping of the window, and the display module displays the position status of the window and whether there is any object extending out of the window. The voice recognition technology is applied to the window system to realize the intelligent window lift and build a good human-computer interaction environment to prevent the driver from distracting himself by adjusting the windows while driving and improve the safety of driving.

Keywords: Windows of vehicles; Speech recognition; Microcontroller unit; Window anti-clamp

1 引言

1.1研究意义

汽车是重要的交通工具，极大地方便了民众的生活，也成为了人们生活中不可或缺的代步工具。汽车的行驶需要驾驶员精神和注意力高度集中，在驾驶员驾驶车辆时，我们希望驾驶员可以尽可能地避免注意力的分散，做到专心驾驶，所以车内的辅助工具系统如音频系统、车窗升降系统等应当在使用上尽可能的简单、方便。就车窗升降系统而言，现在的车辆一般采用的是手摇式或电动式车窗升降系统，这种传统的车窗升降系统需要驾驶员将一只手脱离方向盘去摇动或拨动按钮，并侧头或者扭头观察车窗位置，这致使驾驶员不能将注意力集中在车辆驾驶上，给行车安全带来了隐患。同时，大部分的汽车车窗系统目前并不具备防夹功能，汽车车窗伤人事件也一直在发生。随着语音识别技术近几年的飞速发展，语音识别技术变得愈加成熟，应用领域也愈来愈广泛，因此，将语音识别技术应用在汽车车窗升降系统方面成为了可能^[1]，可以实现汽车车窗系统的改良升级，提高驾驶安全性和构建智能人车交互模式。

当前的车窗升降系统一般有手动式和电动式，但无论哪一种车窗系统，都需要驾驶手动调节，这使得驾驶员想要改变车窗状态时，都要将手脱离方向盘，分散注意力，不利于汽车行驶安全。本设计的主要目的就是通过给车窗加入语音识别技术来改变车窗调节的操作模式，让驾驶员通过语音命令就可以控制车窗升降，搭建智能化车窗升降系统，构建友好的人机交互模式，在营造良好车内通风环境的同时，提高行车安全。本设计还有一些辅助功能，以期可以搭建出一个使用体验上佳的汽车车窗升降系统。

语音识别技术的应用目前有两个方向：一个方向是大词汇量连续语音识别系统，主要应用于计算机的听写以及与电话网或者互联网相结合的语音信息查询服务系统等，另外一个重要的方向是小型化、便携式语音产品的应用，如手机上的拨号、汽车设备的语音控制、智能玩具、家电遥控等方面的应用^[2]。伴随着语音信号处理技术的发展，让其应用在车载产品上更加方便，成本也得到了降低。且语音识别技术不需要多余的外部设备，只需要一个麦克风采样，节约车内空间。将语音识别技术应用在车窗升降系统中，可减少驾驶员的操作，避免分散注意力，提高驾驶安全性。这种基于语音识别的车窗控制系统，可以构建友好的人机交互环境，提高驾驶员的驾驶体验^[3]。

本设计的意义就在于对现在的汽车车窗升降系统进行升级，结合语音识别技术达到智能化升降汽车车窗，提高驾车安全性的目的^[4]。本设计将联合利用单片机技术和语音识别技术实现一种基于语音识别的汽车车窗升降系统。当车辆行驶时，驾驶员利用语音识别汽车车窗升降系统，发出预存的开启系统语音口令，接着发出预存的车窗调节语音命令，语音识别模块接收并辨识语音命令，将辨识出的结果传输至主控单片机，主控单片机处理该识别结果，并将识别结果中的车窗高度和测距模块的测量数据进行比较，驱动电机模块控制车窗升降至指定高度。在车窗上升时，红外对射模块中的接收管因有物体伸出车窗而接收不到发射管发射出的红外，该模块向主控单片机发送信号，实现车窗防夹功能。通过显示模块将车窗位置状态和车窗防夹检测中时是否存在物体伸出车窗等信息直观地反馈给驾驶员。本设计避免了驾驶员在驾驶车辆时调节车窗需要单手脱离方向盘拨动按钮，侧头观察车窗而分散注意力，提高驾车安全性，构建友好的智能化人车交互环境，方便驾驶员调节车窗位置。车窗防夹功能可以避免因车窗上升夹手而造成的人身伤害。

1.2研究现状

目前汽车车窗的升降模式有手摇式和电动式。手摇式需要通过摇动手柄调节车窗，费时费力，极其不方便；电动式则是通过按压按钮，操纵电机控制车窗升降，较为方便，但电动车窗同样需要驾驶员单手脱离方向盘操控车窗按钮数秒。这两种车窗升降模式均需要驾驶员手动操作和侧头或者回头观察车窗位置，导致了驾驶员不能双手驾驶，驾车注意力被分散，不利于车辆安全行驶。汽车厂家在电动车窗的基础上开发出了一键式升降系统，按一下开关后放开，车窗将自动完全开启或完全关闭，从一定的程度上解决了驾驶员需要侧头观察车窗的问题，但是该系统因为车窗只有完全开启和完全关闭两个指定位置状态，不够灵活，使用上存在一些局限性，而且该系统也没有解决驾驶员需要单手脱离方向盘才能调节车窗的问题。在智能化的时代，汽车车窗升降系统的智能化是一项很有意义的研究课题。

文献[5]设计了一种汽车车窗系统，该系统针对驾驶员想打开或关闭车窗到一个具体的位置，就需要通过侧头或回头查看车窗，容易引起安全事故的问题，引入了位移传感器和显示仪表，利用位移传感器测得车窗具体位置，并显示在显示仪表上，直观地将车窗闭合状态反馈给驾驶员，从而解决这个问题^[5]。但是在现有的车窗调节模式下，驾驶员若想调节车窗，就需要将一只手脱离方向盘拨动按钮，这也存在着行车安全隐患，也是需要解决的问题。

文献[6]提出了一种语音交互式电动车窗控制装置，该装置利用了语音识别的优点，让驾驶员可以在不将手脱离方向盘的情况下完成对汽车四个车窗的控制，坐在任何位置的乘客也可以通过语音命令对四个车窗进行控制^[6]，该装置在方便驾驶员和乘客调节车窗的同时，没有考虑到乘客聊天话语中的关键词对该系统的影响，未设置语音口令，系统容易发生误判。该装置对车窗位置的判断是基于霍尔传感器实现的，电机的运转会使得霍尔传感器产生脉冲信号，车窗玻璃升降的高度就是通过对控制模块中的霍尔传感器发出的方波进行计数得出的，但在实际中却存在电机失去供电后依旧会发出几个脉冲的问题，因此车窗位置容易发生误判。

文献[7]提出的一种语音交互式电动车窗控制装置提出了通过检测电压信号和脉冲波信号进行车窗防夹控制的方法^[7]。这种防夹检测方法是通过对车窗在升降过程中碰到障碍物时，电机发生堵转从而造成的脉冲波、电压等参量的变化检测达到防夹控制功能。但是这也就意味着，这种防夹检测方法只有在车窗夹到了物体后才会检测到信号，然后开启防夹功能，此时电机已发生堵转，会损伤电机，且这种防夹方法只能减轻车窗夹到人体部位时对人体造成的伤害，而不能做到预防车窗夹到人体部位，没能从根本上避免车窗夹到人体部位事件的发生。

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