一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统的制作方法

本实用新型涉及一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统，属于车辆智能应用技术领域。

背景技术：

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，驾驶员应尽可能地避免注意力的分散，做到专心驾驶，因此车内的辅助工具系统如音频系统、车窗升降系统等在使用上应尽可能地简单和方便操作。就车窗升降系统而言，现在的车辆一般采用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手功能，汽车车窗伤人事件也一直在发生。北京汽车研究总院有限公司在其申请的专利“一种汽车车窗系统”（申请号：2016203659119，授权公告号：CN205654228U）公开了一种汽车车窗系统，针对驾驶员升降车窗至具体的位置时需要通过侧头或回头查看车窗，从而容易引起安全事故的问题，该系统增加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，并在显示仪表进行显示，直观地将车窗闭合状态反馈给驾驶员。但是在现有的车窗位置调节模式下，驾驶员若想调节车窗，需要驾驶员将一只手脱离方向盘来拨动按钮，这存在着行车安全隐患。近几年，随着语音识别技术的飞速发展，语音识别技术的应用领域愈来愈广泛。将语音识别技术应用在汽车车窗升降系统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。河南职业技术学院在其申请的专利“一种语音交互式电动车窗控制装置”（申请号：2015200528436，授权公告号：CN204571652U）公开了一种语音交互式电动车窗控制装置，该装置能对驾驶员或乘客发出的控制车窗玻璃升、降、停止的语音命令进行识别，实现了驾驶员在手不脱离方向盘的情况下通过语音命令完成对汽车四个车窗的控制，该装置在方便驾驶员和乘客调节车窗的同时，由于未设置语音口令，因此乘客聊天话语中的关键词会对该系统产生误判，同时，需要驾驶员发出多次语音命令同时配合侧头或回头查看车窗才能使得车窗升降至一定高度，这仍然存在一定程度的行车安全隐患问题；此外，该装置利用霍尔传感器实现车窗位置的测量，当电机的运转会使得霍尔传感器产生脉冲信号，通过在控制模块中对霍尔传感器发出的脉冲进行计数获得车窗玻璃的升降高度，然而在实际应用中，电机在失去供电后依旧会转动，这会导致霍尔传感器继续产生几个脉冲，使得车窗位置的测量精度会受此影响。广州镭铯电子有限公司在其申请的专利“语音交互式电动车窗控制装置”（申请号：2016214167724，授权公告号：CN206581780U）公开了一种语音交互式电动车窗控制装置，该装置通过检测电压信号和脉冲波信号实现车窗防夹检测。该装置利用在车窗在升降过程中如果碰到障碍物，电机会发生堵转从而造成的脉冲波、电压等参量的变化的原理，然而该装置只有在车窗夹到了物体后即电机发生堵转时才会开启防夹功能，因此，该装置的防夹检测会损伤车窗的升降电机，而且该防夹检测只能减轻车窗夹到人体部位时对人体造成的伤害，而不能从根本上来预防车窗夹到人体部位的事件发生。为了避免驾驶员侧头观察车窗位置和因车窗升降而带来的人身伤害事件，设计一种能识别驾驶员发出的含有升降高度的语音命令并能控制车窗升降至指定高度，同时能有效预防车窗夹到人体部位的汽车车窗控制系统是非常有必要的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是目前汽车车窗升降一般采用手摇式和电动式升降的方式，这会使得驾驶员在调节车窗时会分散行车注意力，给驾车带来安全隐患，并且目前很多车辆的车窗不具备防夹功能的问题，提出了一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统。

本实用新型具体由以下技术方案实现:

本实用新型提出了一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统，包括主控单片机、麦克风、语音识别器、红外感应装置、测距装置、显示器、电机；其中，所述麦克风的输出端与语音识别器的输入端连接；所述语音识别器的输出端与主控单片机的输入端连接；所述红外感应装置的输出端与主控单片机的输入端连接；所述测距装置的输出端与主控单片机的输入端连接；所述主控单片机的输出端分别与显示器的输入端、电机的输入端连接。

作为本实用新型的优选技术方案：所述主控单片机为STC11L08XE型号的单片机。

作为本实用新型的优选技术方案：所述语音识别器为LD3320型号的语音识别器。

作为本实用新型的优选技术方案：所述测距装置为VL53L0X型号的激光测距器。

作为本实用新型的优选技术方案：所述显示器为OLED显示屏。

作为本实用新型的优选技术方案：所述电机为28BYJ-48型号的四相步进电机。

作为本实用新型的优选技术方案：所述控制系统还包括电源。

本实用新型所述一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型设计的汽车车窗控制系统能识别开启该系统的语音口令以及升降车窗至指定高度的调节语音命令，语音口令可以防止本系统因谈话关键词的误判，保证系统稳定运行；调节语音命令可以一步调节车窗到指定位置，无需驾驶员侧头观察车窗，避免驾驶员手动操作来调节车窗升降，从而能始终保持双手驾驶，提高行车安全性。同时，该系统在车窗上升时利用红外对射模块实现车窗的防夹检测，能预防车窗夹到人体部位，避免车窗升降对乘客造成的伤害。本实用新型通过对汽车车窗系统的智能化改造，构建了良好的人机交互环境，提高了驾驶的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构框图；

图2是本实用新型的测距模块安装示意图；

图3是本实用新型的12V转5V的电源电路图；

图4是本实用新型的5V转3.3V的电源电路图；

图5是本实用新型的主控单片机电路图；

图6是本实用新型的语音识别模块电路图；

图7是本实用新型的测距模块电路图；

图8是本实用新型的红外对射模块电路图；

图9是本实用新型的显示模块电路图；

图10是本实用新型的电机模块电路图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型设计了一种能识别升降高度语音和防夹的汽车车窗控制系统，包括主控单片机、麦克风、语音识别模块、红外对射模块、测距模块、显示模块、电机模块和电源模块等。汽车车窗控制系统是以单片机STC11L08XE芯片作为车窗智能升降和防夹检测的核心，同时控制着语音识别模块、红外对射模块、测距模块、显示模块和电机模块等。语音识别模块采用了LD3320语音识别模块，本系统利用语音识别模块识别驾驶员发出的语音命令，若识别为开启系统的语音口令，则可以继续接收并识别控制车窗升降至指定高度的调节命令，将结果传输至主控单片机处理，由主控单片机控制电机调节车窗至指定高度；若识别为非语音口令，则等待检测并识别正确的语音口令。

如图2所示，为本实用新型的测距模块安装示意图。测距模块是车窗系统的测距装置，它可以测量车窗距车窗顶部的距离，并将数据传输至主控单片机，主控单片机会将测得的数据和调节命令中的指定高度进行对比，控制电机调节车窗至指定高度。本系统的测距模块选用激光测距模块VL53L0X。由于激光测距模块测距需要反射面，因此激光测距模块安装在车窗顶部的外围框架上，留出一个小孔以便测量，在和小孔位置对应的车窗玻璃处涂上一小片不透明区域作为反射面，方便光束反射测距，也不影响车窗采光。由于选用的激光测距模块GY-VL53L0X的量程为4cm-1.2m，所以为了提高精度，采用外部校零，让测距模块从距离零点5cm处开始测量，并通过软件设置将测量数据减去5cm作为车窗玻璃边缘离车窗顶部的实际距离。

显示模块用来显示车窗升降状态和防夹手功能是否开启，将车窗位置信息直观地反馈给驾驶员，不用驾驶员侧头或回头观察车窗，提高驾驶安全性。红外对射模块用来检测是否有物体伸出车窗，当车窗在上升时，若有物体伸出车窗，红外对射模块中的接收管接收不到发射管发射的红外线，将检测结果传输至主控单片机，主控单片机控制电机停转，停止车窗闭合，实现车窗防夹功能，避免人身伤害事故的发生。电机接收主控单片机的控制信号，在不同的语音命令下完成正转或反转，控制车窗升降。由于一般汽车具有四个车窗，因此需要四个电机和四个车窗一一对应，执行相应控制操作。

电源模块则给整个系统进行供电，保证系统中的各个模块稳定、正常的工作。电源电路给汽车车窗升降系统提供稳定的工作电压，采用汽车车载电瓶的12V电压作为输入，并降压到5V和3.3V分别对不同芯片进行供电，因此电源电路包括12V转5V的电源电路和5V转3.3V的电源电路。

如图3所示，为本实用新型的12V转5V的电源电路图。该电路由1个LM7805模块、2个0.1μF滤波电容C1和C2组成。汽车电瓶的12V电压通过三端式正源稳压模块LM7805转换为5V电压。在稳压模块LM7805的1脚输入口和3脚输出口连接有两个0.1μF吸收浪涌的滤波电容C1、C2，可滤去输入输出电流中的抖动脉冲，保证输出电压的稳定。

如图4所示，为本实用新型的5V转3.3V的电源电路图。5V转3.3V的电源电路是为了满足系统中ESP8266WIFI模块的工作电压需求。该电路由一个1uF瓷片电容C3、一个0.1uF瓷片电容C4和一个AMS1117-3.3V降压芯片U2组成。在AMS1117-3.3V芯片的1号引脚直接输入5V电源，就可以直接在2号引脚处输出3.3V稳定电压。降压芯片在1、2引脚处接入C3和C4电容，起到滤除电源和地之间干扰信号的作用，保证了电路输出电压的稳定。

如图5所示，为本实用新型的主控单片机电路图。单片机STC11L08XE是本系统的核心器件，负责与各模块通信、控制各模块协调工作。包括电源电路、复位电路和时钟电路。其中，电源采用3.3V供电，3.3V电压通过并联两个电容接地防止高频干扰。复位电路由一个按键、一个电阻和一个电容组成，和单片机4引脚RST相连，复位电路具有上电自动复位和手动复位功能，当电路通电时，电容开始充电，电阻上有电流，RST脚输入高电平，使单片机复位；当手动按下按键时，电容开始放电，当按键松开后，电容又开始充电，电阻上有电流，RST脚输入高电平，单片机复位。为了保证精确的串口通信波特率，所以时钟电路采用22.1184MHz的晶振，震荡回路交联电容使用22pF的瓷片电容。

如图6所示，为本实用新型的语音识别模块电路图。语音识别模块主要完成驾驶员语音命令的采集和识别功能，该模块利用麦克风采集驾驶员的语音命令，由LD3320芯片与主控单片机相互通信，将调节命令中的升或降车窗的高度信息发送给单片机。LD3320通过31引脚和主控单片机14引脚XTAL2相连，由主控单片机为其提供稳定频率的脉冲信号。工作指示电路是用来显示语音识别模块是否正确上电，由此判断模块是否可以正常工作。工作指示电路由1个阻值为1.2K欧姆的电阻和一个LED灯组成，LED的负极与LD3320的29脚RSV6相连，正极经一个电阻后与VCC相连。当模块上电后，LED会常亮，表明模块上电正常。LD3320通过并行方式和51单片机STC11L0XE连接，LD3320的46脚MD接主控单片机P4.3引脚，单片机的P4.3引脚输出低电平，LD3320选择并行工作方式，此时语音识别模块要用到8根数据线（P0~P7），4个控制信号（,,,A0），以及一个中断返回信号（）。LD3320的43脚/为并行方式的片选信号输入端，与单片机的19脚P2.1相连接；LD3320的42脚/为写允许信号端，与主控单片机的12脚P3.6相连接，低电平有效；LD3320的45脚为读允许端，与主控单片机的13脚P3.7相连接，低电平有效；LD3320的44脚A0和主控单片机的18脚P2.0相连接，为地址或数据选择端；8根数据线P0~P7和主控单片机P0.0~P0.7相连接，当A0为高电平时P0~P7作为地址输入口，主控单片机寻址，当A0为低电平表示P0~P7作为数据口，与主控单片机传输数据；LD3320的48脚是中断输出信号和主控单片机的8脚P3.2相连接，当语音识别模块有识别结果输出时，向主控单片机发送中断请求信号。LD3320的9脚MICP和10脚MICN分别和麦克风输入正端和负端相连接，采集麦克风输入。

如图7所示，为本实用新型的测距模块电路图。测距模块电路是测量车窗玻璃边缘到车窗顶部的距离，并将测量数据返回至主控单片机。本系统采用的测距模块为激光测距模块VL53L0X，该模块内部集成了激光发射器和SPDA红外接收器，通过接收器接收到光子的时间来计算距离，服从IIC通信协议，该测距模块有SCL和SDA两个IIC接口和XSHUT片选引脚，10脚SCL为时钟线，接主控单片机P1.0引脚，由主控单片机通过SCL向测距模块发送时钟信号，9脚SDA为双向数据线，接主控单片机P1.1引脚，主控单片机根据SCL信号通过SDA向测距模块发出数据或接收测距模块的数据。5脚XSHUT为该模块的使能端，接主控单片机P1.2引脚，高电平有效。

如图8所示，为本实用新型的红外对射模块电路图。红外对射模块在车窗上升时检测是否有物体伸出车窗，将检测数据传输至主控芯片，实现车窗防夹检测。该模块电路由一组红外对射管、1个LM393电压比较器、1个LED指示灯、1个100Ω电阻、1个1K电阻、2个10K电阻、1个10K可调电阻和1个0.1μF电容组成。比较器LM393的反相端接参考电压，通过电位器调节该电压可调节检测灵敏度，同相端接检测电压，该检测电压由10K电阻和接收管分压取得。输出端与主控单片机P1.7引脚相连，在没有物体遮挡红外时，接收管呈小电阻，同相端电压小于反相端电压，红外对射模块向主控单片机输出低电平；当有物体遮挡红外时，接收管呈高阻态，正相端电压大于反相端电压，红外对射模块向主控单片机输出高电平，主控单片机控制电机停转。电容与接收管并联防止杂散光的干扰。

如图9所示，为本实用新型的显示模块电路图。显示模块电路用于显示车窗位置信息和车窗防夹检测中是否存在物体伸出车窗等信息。显示模块采用OLED显示屏，分辨率为128*64，有8192个像素，每个发光点都有正负两个电极，将8192*2个驱动电极全部引出是不现实的，所以把每列的正极都接在一起引出一个电极，定义为一个段，把每行的负极接在一起引出一个电极，定义为一个公共极，这样就需要128个段引脚和64个公共极引脚，共192个引脚，此时需要借助面板外附的驱动芯片IC-SSD1306。显示模块电路模块具有串行SPI接口方式、IIC接口方式等多种接口方式，本系统中采用SPI接口方式。显示模块电路模块共7个引脚（VCC,GND,D0,RES,D/C,D1,CS），其中，引脚GND接电源地，引脚VCC电源正极接3.0~5.5V电压，这里接3.3V。18引脚DO接主控单片机P3.4引脚，由主控单片机控制该模块时钟信号，14引脚RES用来复位，低电平有效，接主控单片机P2.3引脚，15引脚D/C为数据或命令控制端，接主控单片机P2.4引脚，19引脚D1为数据口，接主控单片机P3.3引脚，当主控单片机给D/C输入高电平时，则主控单片机通过D1口逐位写数据给OLED，当主控单片机给D/C输入低电平时，则主控单片机通过D1口逐位写命令配置模块寄存器，13引脚CS接主控单片机P2.5引脚控制片选信号。

如图10所示，为本实用新型的电机模块电路图。电机模块由单片机根据语音命令的不同控制其正转或者反转，控制车窗升降。本系统采用的是四相步进电机28BYJ-48，步进电机是一种将脉冲信号转换成线位移或者角位移的电机，通过改变脉冲频率可以调节电机的速度，能够快速启动、制动和反转，用步进电机控制车窗位移的好处是车窗停止位置可以精确控制，通过主控单片机更改时序可以实现正转和反转。ULN2003A是大电流驱动阵列，适应于要求高速大功率驱动系统，可直接驱动电机模块。ULN2003A的1-7引脚为脉冲输入端，每一个端口对应一个信号输出端，即1-7引脚与16-13输出引脚一一对应，同时ULN2003A引脚13-16与步进电机的引脚1-4相连接，控制电机各脚的脉冲输入，来驱动电机转动。ULN2003A的8引脚接电源地GND，因为四相步进电机内部有电感，视为感性负载，所以ULN2003A引脚9接电源+5V，实现续流作用。将ULN2003A的1-4引脚与主控单片机P1.3~P1.6引脚相连接，由单片机轮流给这4个引脚连续的脉冲，就能使步进电机步进转动。

当车辆行驶时，该系统可以通过驾驶员的语音口令开启系统以及利用车窗升降调节语音命令实现车窗升降至指定位置。语音识别模块接收语音命令并与预存的命令进行匹配，从而识别出语音命令内容，同时，单片机将测距模块获取的车窗实时高度数据与车窗调节命令中的高度设置值进行对比，当车窗未在指定位置值，驱动电机模块控制车窗升降至指定位置；红外对射模块在车窗上升时检测是否有物体伸出车窗，实现车窗防夹检测功能；显示模块显示车窗升降的位置状态和车窗防夹检测结果等信息。该系统将语音识别技术应用于车窗系统，实现智能化车窗升降，构建良好的人机交互环境，避免司机在驾车时因调节车窗而分散注意力，提高车辆行驶安全性。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。