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當前，汽車(chē)不僅在動(dòng)力源、驅動(dòng)方式和駕駛體驗上發(fā)生了改變，座艙也告別了傳統枯燥的機械和電子空間，智能化水平飆升，已經(jīng)成為繼家庭和辦公室之外的人們生活中的“第三空間”。通過(guò)人臉；指紋識別、語(yǔ)音/手勢交互、多屏聯(lián)動(dòng)等高科技技術(shù)，目前的汽車(chē)智能座艙在環(huán)境感知、信息收集與處理的能力得到顯著(zhù)增強，成為人類(lèi)駕駛的“智能小助手”。 智能座艙告別簡(jiǎn)單電子化進(jìn)入智能助理階段的一個(gè)顯著(zhù)標志是人與座艙的交互從被動(dòng)式進(jìn)入主動(dòng)式，而這個(gè)“被動(dòng)”和“主動(dòng)”是圍繞座艙本身定義的。過(guò)往的信息交流主要由人發(fā)起，現在人與機器都可以發(fā)起，人機交互水平已經(jīng)成為定義智能座艙產(chǎn)品檔次的重要標志。 為實(shí)現“互動(dòng)”式的人機交互，需要讓機器更好地理解人類(lèi)的行為，各個(gè)設備中的處理器、控制器、傳感器等是實(shí)現這一切的關(guān)鍵。目前，貿澤電子上有豐富的面向汽車(chē)智能座艙應用的產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)套件，幫助工程師朋友們更快速、更高效地打造具有行業(yè)競爭力的智能座艙產(chǎn)品。 從簡(jiǎn)單回應到主動(dòng)、多模態(tài) 隨著(zhù)越來(lái)越多的電子元器件進(jìn)入到汽車(chē)座艙，智能座艙正在重塑汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的新格局。過(guò)往消費者購買(mǎi)一臺汽車(chē)，其中大部分成本用于動(dòng)力/傳動(dòng)系統，而未來(lái)消費者購車(chē)可能近一半的錢(qián)會(huì )花費在更舒適、更便捷、更智能的乘坐空間上。 在這樣的需求帶動(dòng)下，儀表顯示系統、中控屏、視覺(jué)感知系統和語(yǔ)音交互系統等將深度融合，且被賦予用戶(hù)的人格特性和情感特性。因而，未來(lái)智能座艙的發(fā)展將以用戶(hù)需求與體驗、用戶(hù)情感為中心，以具體化場(chǎng)景為驅動(dòng)，構建出一個(gè)以人為本的智能系統。 當然，隨著(zhù)車(chē)內信息和功能越來(lái)越多，物理旋鈕/按鍵的交互方式已經(jīng)明顯過(guò)時(shí)，會(huì )給用戶(hù)使用座艙功能造成困擾。數字化界面和數字化功能已成為合格的繼任者，衍生出一個(gè)體量巨大的、新增的車(chē)用需求市場(chǎng)。 根據ICVTank的統計和預測數據，2019年全球智能座艙產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規模已經(jīng)達到364億美元，預計在2022年將突破460億元，而接下來(lái)的幾年智能座艙產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將呈現大爆發(fā)，到2025年整個(gè)智能座艙的產(chǎn)業(yè)規模預計會(huì )達到1030億美元，2022年至2025年的年復合增長(cháng)率(CAGR)將達到驚人的30.83%。 消費者之所以愿意為附加在汽車(chē)出行之外的智能化功能買(mǎi)單，一個(gè)重要原因是交互和體驗。我們在上面已經(jīng)提到，未來(lái)的智能座艙發(fā)展將以人為本，并進(jìn)化成為人們生活中的第三空間。 這樣的人機交互絕不是簡(jiǎn)單的呼叫回應，而是多通道、多層次、多模態(tài)的交流感受。從駕乘人員的角度來(lái)看，未來(lái)智能座艙的人機交互將以智能語(yǔ)音為主要溝通手段，觸摸、手勢、動(dòng)作、表情等為輔助溝通手段，解放了駕駛人員的雙手和雙眼，降低駕駛的操作風(fēng)險。同時(shí)，車(chē)載信息娛樂(lè )系統會(huì )根據駕駛場(chǎng)景，給非駕駛人員帶來(lái)更多的樂(lè )趣，并且不影響駕駛人員和其他乘客。 在情感交互方面，伴聽(tīng)式、不間斷、個(gè)性化的智能語(yǔ)音，將配合人臉識別和手勢識別等智能識別功能，判斷人的情緒、疲勞狀態(tài)、專(zhuān)注度等，在情感互動(dòng)、疲勞駕駛預警、專(zhuān)注力監測等場(chǎng)景下發(fā)揮突出作用。 借助這些極具創(chuàng )新的人機交互功能，智能座艙將讓汽車(chē)突破出行工具的定義，成為人們的出行伴侶。 可用于座艙檢測的傳感器模塊 智能座艙要以人為本，那么就需要關(guān)注到駕乘人員的狀態(tài)，然后做出具體的回應。貿澤電子上，來(lái)自制造商ADI的ADPD144RI PPG光學(xué)傳感器模塊便可應用于駕乘人員的健康監測，主要是光學(xué)心率監測以及反射式SpO2（血氧飽和度）測量。 
圖1：ADPD144RI PPG光學(xué)傳感器模塊（圖源：ADI） 這款傳感器的供應商編號為ADPD144RI-ACEZ-RL7，是一款高度集成的光學(xué)前端。通過(guò)下方的系統框圖能夠看到，該模塊集成660nm LED、880nm紅外LED和光電二極管三款光學(xué)器件，可通過(guò)同步檢測紅光和紅外線(xiàn)波長(cháng)，對血氧飽和度（SpO2）進(jìn)行光學(xué)體積描記法（PPG）檢測。
圖2：ADPD144RI系統框圖（圖源：ADI） ADPD144RI模塊采用光脈沖的同步檢測來(lái)提高對環(huán)境光的抑制，專(zhuān)為超低直接光學(xué)反射應用而設計，這樣的方式還提供了比非同步架構低很多的功率表現，使得整個(gè)模塊具有低功耗特征。 通過(guò)圖3能夠看到，ADPD144RI模塊將高效的發(fā)光二極管（LED）發(fā)射器和靈敏的4通道深擴散光電二極管（PD1 至 PD4）與自定義應用特定集成電路（ASIC）組合在一個(gè)緊湊封裝中，并在集成LED發(fā)射器和檢測光電二極管之間提供光學(xué)隔離，以提高穿透組織的信噪比（SNR）。
圖3：ADPD144RI內部示意圖（圖源：ADI） 此外，ADPD144RI模塊還提供4通道模擬前端（AFE）、14位模數轉換器(ADC)和I2C數據和控制接口等豐富的配置。讓廣大工程師朋友為之振奮的是，雖然提供了如此豐富的配置，但該模塊僅有2.8mm × 5.0mm大小。 更需要特別指出的是，為了方便用戶(hù)交互和座艙檢測等應用設計，ADPD144RI模塊采用適用于玻璃窗的定制光學(xué)封裝，極大地豐富了產(chǎn)品的應用維度。將ADPD144RI模塊與其他功能單元安裝在車(chē)窗和擋風(fēng)玻璃等地方，就可以通過(guò)脈搏和血氧等關(guān)鍵指標檢測駕乘人員的身體狀態(tài)，這是智能座艙人機交互里機器發(fā)起交互的依據，幫助系統做出下一步回應或者指示。 為了方便大家盡快了解ADPD144RI模塊，ADI還特意開(kāi)發(fā)了一款EVAL-ADPD144RIZ-SF評估板，用于評估ADPD144RI領(lǐng)先的測光系統。該評估板在貿澤電子上的制造商編號為EVAL-ADPD144RIZ-SF。
圖4：EVAL-ADPD144RIZ-SF評估板（圖源：ADI） 該評估板除了提供ADPD144RI模塊的完全配置，還包括應用WaveTool圖形用戶(hù)界面（GUI），可提供低級和高級可配置性、實(shí)時(shí)頻率和時(shí)域分析。為了方便智能座艙等應用的系統開(kāi)發(fā)，該評估板能夠借助用戶(hù)數據報協(xié)議（UDP）傳輸功能，輕松地連接到開(kāi)發(fā)系統。 支持多傳感融合的 i.MX 8/8X基板 剛剛我們提到了，傳感器信息到達智能座艙系統之后，需要分析這些數據進(jìn)而做出判斷，而類(lèi)似的傳感器數據還包括人手識別信息、語(yǔ)音信息、駕駛員目光方向信息以及駕駛時(shí)長(cháng)信息等等。接下來(lái)我們要介紹的這款器件，則是智能座艙理解這些信息的關(guān)鍵，它就是來(lái)自制造商NXP的i.MX 8X系列應用處理器，制造商編號為MIMX8DX2AVOFZAC。
圖5：i.MX 8X處理器（圖源：NXP） i.MX 8X系列處理器采用與高端i.MX 8系列相同的子系統和架構，多達4個(gè)Arm Cortex-A35內核、用于實(shí)時(shí)處理的Arm Cortex-M4F內核以及用于音頻、語(yǔ)音和語(yǔ)音處理的集成式Cadence Tensilica HiFi DSP，具有先進(jìn)的圖形能力和高效的系統性能，可支持圖形、視頻、圖像處理和語(yǔ)音功能，能夠滿(mǎn)足安全認證和高能效方面的需求。 我們在前面部分已經(jīng)提到，在未來(lái)智能座艙的發(fā)展過(guò)程中，語(yǔ)音將會(huì )是人機交互的重要途徑和方式。而i.MX 8X系列處理器可進(jìn)行多域語(yǔ)音識別，集成式Tensilica HiFi 4 DSP可提供音頻前置和后處理、關(guān)鍵字檢測和語(yǔ)音識別（用于免提交互）等功能。 通過(guò)圖6能夠看到，MPU是NXP電子駕駛艙解決方案中的核心。借助豐富的外設接口，無(wú)論是音頻信號、聯(lián)網(wǎng)信號、傳感信號、NFC信號和顯示信號等，最終都將匯集到NXP MPU里面。而i.MX 8X系列處理器是NXP MPU的高端系列，在信息處理和反饋方面的性能無(wú)疑更加出色，給座艙系統帶來(lái)更加人性化的體驗。
圖6：NXP電子座艙解決方案（圖源：NXP） 此外，還有一點(diǎn)也必須要強調。為了打造更加人性化的智能座艙，每一臺汽車(chē)通過(guò)一款時(shí)間的使用之后，都會(huì )成為駕乘人員的伙伴，但其中的信息也會(huì )被不法分子盯上，甚至借由智能座艙深入然后控制汽車(chē)，那么安全防護就演得尤為重要。 i.MX 8X系列處理器提供出色的安全性能，支持AES、無(wú)閃存SHE、橢圓曲線(xiàn)加密和密鑰存儲等加密標準，為車(chē)輛和個(gè)人信息帶來(lái)多層保護。 綜上所述，i.MX 8X系列處理器可為智能座艙帶來(lái)冗余的算力支撐，在圖形、音視頻、圖像處理方面有著(zhù)突出的性能，可通過(guò)豐富的外設接口高效對接和處理聯(lián)網(wǎng)信號、傳感信號、NFC信號和顯示信號等。此外，i.MX 8X系列處理器領(lǐng)先的安全性能為產(chǎn)品和方案帶來(lái)了全方位的保護。 傳感是智能座艙和駕乘人員交流的窗口，而接受、處理傳感器信息并進(jìn)行交互恰是i.MX 8X系列處理器的強項。到底有多強？大家可以通過(guò)貿澤電子在售的i.MX 8QuadXPlus多傳感器支持套件（MEK）進(jìn)行體驗，供應商編號為MCIMX8QXP-CPU。
圖7：i.MX 8QuadXPlus多傳感器支持套件（MEK）（圖源：NXP） 該多傳感器支持套件用于評估和開(kāi)發(fā)i.MX 8QuadXPlus、i.MX 8DualXPlus和i.MX 8DualX應用處理器，以及NXP PF8100能源管理集成電路 (PMIC) 解決方案和傳感器。 通過(guò)該套件，工程師朋友可以從多維度了解上述幾款i.MX 8X系列處理器。比如通過(guò)LVDS和MIPI-DSI連接器以及3.5mm耳機音頻插孔來(lái)評估音頻、視頻和HMI性能。實(shí)際上，這是一個(gè)開(kāi)箱即用的方案，通過(guò)LVDS轉HDMI適配器卡、高度優(yōu)化的驅動(dòng)程序和軟件，可直接用于開(kāi)發(fā)圖形、視頻、圖像處理、音頻和語(yǔ)音功能。 該套件還支持Linux、Android、FreeRTOS，并提供領(lǐng)先的內存配置用于程序和應用開(kāi)發(fā)，因此在智能座艙應用之外，在工業(yè)自動(dòng)化、機器人、樓宇和衛生保健等領(lǐng)域都具有很好的產(chǎn)品性能，能夠作為通用的HMI（人機界面）方案。 釋放千億美元的市場(chǎng)潛力 隨著(zhù)消費者對駕乘體驗的追求越來(lái)越高，智能座艙兌現千億美元級市場(chǎng)潛力是可以預見(jiàn)的。因此，人機交互后續將成為智能汽車(chē)進(jìn)一步發(fā)展的核心內容，在汽車(chē)儀表盤(pán)、中控、抬頭顯示、V2V、V2D各個(gè)環(huán)節給駕乘人員帶來(lái)更好的體驗。 智能汽車(chē)的人機交互也將出現九大明顯的趨勢，包括從運載工具到交通系統、連接和分離、共享服務(wù)、無(wú)處不在的顯示、接管與移交、實(shí)體媒介交互、個(gè)性化、多通道融合交互和智能情感交互。而實(shí)現這些需要軟硬件的結合，在貿澤電子上，無(wú)論是器件還是配套的工具，面向智能汽車(chē)人機交互，你總能找到適合自己的，借此打造極具市場(chǎng)競爭力的應用方案。 來(lái)源：貿澤電子 作者：Doctor M |
