汽車盲區(qū)檢測系統(tǒng)

袁建江+柴雷剛+林點點+溫自源+楊旭

摘要： 關(guān)鍵詞： 中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號： 2095-2163（2017）06-0070-04

Abstract： The blind sight is the obstructed and invisible part of the region for the car driver in the driving process， which could hide the great harm for the vehicle safety， extremely is easy to cause the driver's judgment and operation errors， resulting in traffic accidents. Vehicle blind spot detection system is intended to solve this problem， therefore improve traffic safety. The system uses image processing technology and sensing devices to collect the image information around the car body， then sends the achieved to the data processing by ARM， and uses the common visual and auditory feedback， finally prompts the driver to make safety judgment in time. The design could provide the drivers to enjoy the substantial security service realized by the car blind detection system.

0引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，汽車無疑成了為數(shù)眾多人們的生活必需品。雖然，汽車裝備給人類帶來可觀的生活便利、經(jīng)濟(jì)效益以及社會繁榮。但是，也大大增加了安全隱患。中國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數(shù)均超過10萬余人。而且，另有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在這些交通事故中，由汽車盲區(qū)造成的意外事故僅中國就約占了30%，美國則約占20%。這是由于人眼生理結(jié)構(gòu)、汽車設(shè)計等因素共同導(dǎo)致和造成的。綜上數(shù)據(jù)說明，研究一種針對汽車盲區(qū)的檢測及預(yù)警裝置，對降低類似交通事故發(fā)生率將發(fā)揮明顯的控制作用，而且有望以最徹底的方式減少交通事故中的人員傷亡，是未來汽車安全性領(lǐng)域的重點研究內(nèi)容。因此，從交通安全角度出發(fā)，為了提高汽車的安全性，設(shè)計研發(fā)一種能夠檢測汽車盲區(qū)的可行技術(shù)系統(tǒng)則尤顯其現(xiàn)實的實用價值與意義?；诖耍疚膶⒄归_研究論述如下。

1系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)主要研究基于ARM的汽車盲區(qū)檢測設(shè)備的基本組成、工作原理、分析系統(tǒng)所需部件以及各個部件間的聯(lián)系。

車輛裝置安裝如圖1所示，系統(tǒng)主要分為以下4個方面：

1）設(shè)計基于ARM控制系統(tǒng)的視頻攝像頭，用以車道線檢測、車輛跟蹤和障礙物檢測。

2）設(shè)計以基于ARM控制系統(tǒng)為主、雷達(dá)為輔的多方位檢測系統(tǒng)。通過雷達(dá)感知車輛周圍障礙物的存在，進(jìn)行實時跟蹤與測距。

3）液晶顯示屏展示障礙物的方位以及與車輛間的最近距離。

4）基于攝像頭和顯示器構(gòu)成的前后監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控顯示車輛前后方的情況。

汽車盲區(qū)檢測系統(tǒng)根據(jù)車身安裝的雷達(dá)，（圖1中車身正前方C、D為OPS雷達(dá)安裝區(qū)域；E、F為尾部雷達(dá)安裝區(qū)域；G、H、I、J則為車身兩側(cè)雷達(dá)安裝區(qū)域）利用其回波特性計算出目標(biāo)車輛與障礙物間的距離（車底雷達(dá)K用來檢測動物或微小群體的存在與否），反饋給主控系統(tǒng)，通過ARM進(jìn)行控制與處理，并在液晶顯示器上給出警示信息。若雷達(dá)測得與障礙物過近，則向駕駛員發(fā)送警告（語音報告、前后大燈雙閃）。利用圖像處理技術(shù)對安裝在車頭前后位置的攝像機(jī)（圖1中如A、B紅外攝像頭所示）所捕捉的圖像進(jìn)行分析，給駕駛員提供更加實時直觀的信息，雙重保障，更為安全。

2硬件系統(tǒng)設(shè)計

汽車盲區(qū)檢測硬件系統(tǒng)主要由ARM、雷達(dá)、語音裝置、攝像頭以及顯示器等組成，如圖2所示。

2.1ARM處理器

本系統(tǒng)采用以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32F103VCT6為主控芯片。該芯片的主要特點是具有帶喚醒功能的低功耗模式，最高工作頻率可達(dá)72 MHz，有3個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)換器（16通道），并配備有多達(dá)11個定時器，在采集攝像頭數(shù)據(jù)時能更加準(zhǔn)確、有效地處理數(shù)據(jù)。目前，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在警報系統(tǒng)、可編程控制器和視頻對講等場合，是系統(tǒng)研發(fā)時主流供選的處理器之一。

針對于本次研發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計要求與設(shè)計目的，故而選用該款芯片來作為整個系統(tǒng)的控制核心。

2.2OPS雷達(dá)裝置

系統(tǒng)設(shè)計中，雷達(dá)裝置采用了OPS（Optical Parking System）雷達(dá)系統(tǒng)，這種雷達(dá)與以往的倒車?yán)走_(dá)有明顯區(qū)別。普通的倒車?yán)走_(dá)在檢測到障礙物時只有聲音提示而未能提供距離和圖像顯示，但這種OPS雷達(dá)系統(tǒng)可計算出障礙物與車之間的距離和方位，同時輔以直觀生動的動畫模擬圖像在液晶屏上顯示出來。這里，研究給出OPS_200A的驅(qū)動電路原理設(shè)計如圖3所示。

2.3夜視攝像頭

該系統(tǒng)采用帶有夜視功能的高清紅外攝像頭，并分別安裝在前車和尾車的中部距地面約45～55 cm處，實際距離可根據(jù)自身車型適當(dāng)調(diào)整。

當(dāng)?shù)管嚂r，啟動車后攝像頭，顯示尾車影像，倒車結(jié)束后智能切換為車前攝像頭。等到剎車時啟動車前OPS雷達(dá)探頭，當(dāng)探測到障礙物時，則調(diào)用攝像頭，并通過信號處理后，在顯示器中呈現(xiàn)出視場影像來。endprint

2.4語音報警裝置

語音裝置如圖4所示，采用XFS5152語音合成芯片，與其它的語音芯片相比，該芯片具備多種編碼方式，支持USART、I2C、SPI 通信協(xié)議。在語音效果合成上可堪比真人發(fā)音。

當(dāng)靠近障礙物時，首先通過OPS雷達(dá)裝置檢測出與障礙物之間的距離，再通過ARM控制語音裝置發(fā)出預(yù)警，其中語音裝置與汽車內(nèi)部音響連接，使警報擬真音效已達(dá)到最佳。

2.5前置放大電路

各傳感器將檢測汽車進(jìn)入警戒區(qū)后與障礙物之間的距離，檢測結(jié)果經(jīng)過其內(nèi)裝的場效應(yīng)（FET）管進(jìn)行放大和匹配交換（高輸入、低輸出阻抗）后加至低頻放大器同相輸入端組合成低頻弱信號放大器。原理電路設(shè)計如圖5所示。

2.6剎車裝置驅(qū)動電路

當(dāng)雷達(dá)探測到與障礙目標(biāo)過近時，或者說即將要撞上障礙物時，便會將與汽車內(nèi)部剎車裝置相連的繼電器接通，啟動緊急剎車模式，使用戶在特殊環(huán)境下避免人身傷害，從而大幅提升汽車的安全系數(shù)，如圖6所示。

圖6中，PLAYL2 與內(nèi)部ARM I/O 相連，通過I/O口的高、低電平來操縱繼電器的接通或是斷開，從而驅(qū)動DD1、 也就是剎車裝置的打開與關(guān)閉。

2.7系統(tǒng)供電電源

考慮到汽車需要采用12 V直流電源供電，而設(shè)備處理器采用3.3 V供電，因而需要電源轉(zhuǎn)換模塊，或者進(jìn)行單獨供電。也可以利用1塊LM7805 先把電壓轉(zhuǎn)換成5 V，再利用LM317 將電路電壓調(diào)整到3.3 V來為處理器保障全程供電。

3軟件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采選了性能穩(wěn)定、易于編程控制、且功耗偏低的ARM作為主核處理器。

本次裝置設(shè)計在研究中摒棄了單一模式采取信號的方式，而是根據(jù)車運行的狀態(tài)，即選擇與運行狀態(tài)一致的傳感器進(jìn)行探測。系統(tǒng)軟件編寫主要圍繞在完成盲區(qū)范圍內(nèi)雷達(dá)信號的檢測、語音信號控制以及對這些信號的處理控制方面。在盲區(qū)內(nèi)檢測到雷達(dá)信號變化是將輸出信號經(jīng)前置放大電路送給ARM，從而實現(xiàn)對盲區(qū)范圍內(nèi)的探測。為防止對向來車或本車超越其它慢車造成系統(tǒng)誤報，設(shè)計程序過程中屏蔽了前探頭先于后探頭執(zhí)行檢測的情況。至此，最終可得程序流程如圖7所示。

4系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

汽車盲區(qū)檢測系統(tǒng)經(jīng)過實驗驗證，現(xiàn)針對主要性能匯總表述如下：

1）當(dāng)汽車啟動或倒車時能顯示視頻圖像并檢測前方或后方障礙物距離等信息。

2）汽車四周安裝有OPS雷達(dá)裝置，測量范圍廣、精度高。

3）當(dāng)雷達(dá)檢測到障礙物過近時，開啟語音報警，并開啟車燈提醒相關(guān)人員關(guān)注留意。

4）當(dāng)檢測到與障礙物之間距離太近或?qū)⒁a(chǎn)生碰撞時，會采用緊急剎車，即打開緊急剎車裝置保護(hù)乘客安全。

5結(jié)束語

汽車行業(yè)以及電子行業(yè)已是中國的經(jīng)濟(jì)支柱，二者也是缺一不可，相輔相成。而汽車盲區(qū)的存在卻對車輛行駛安全潛伏著巨大危害。本文研究提出的盲區(qū)檢測系統(tǒng)即是綜合運用了多項技術(shù)，且在技術(shù)實施和成本籌措上均已呈現(xiàn)出人性化、貼近市場的鮮明特色，因而從發(fā)展前景看，汽車檢測盲區(qū)這一安全裝備在今后將會逐漸走入普及和廣泛使用中。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許正凱. 基于毫米波雷達(dá)的汽車盲點監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 今日電子，2017（13）：55-56.

[2] 孫鈾. 基于單目視覺測距的車輛自動剎車輔助系統(tǒng)設(shè)計[J]. 計算機(jī)測量與控制，2014，22（7）：2256-2258.

[3] 楊思思. 基于單目視覺的車輛盲區(qū)預(yù)警系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)[D]. 杭州： 浙江大學(xué)，2015.

[4] 李娟娟，陳軍，周俊杰. 車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)及其控制方法：中國，CN201510391704.0[P].2015-11-04.

[5] 李守曉，畢欣，曹云俠. 毫米波雷達(dá)的汽車盲點檢測系統(tǒng)研究與設(shè)計[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造， 2013（9）：25-27，31.

[6] 黃坦，姜灝，肖暉，等. 一種車輛盲區(qū)監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法：中國，CN201410403460.9[P]. 2014-12-03.

[7] 王勝愷. 捷豹F-TYPE盲點監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理與維修[J]. 汽車維修技師， 2015（7）：38-40.

[8] 麻友良. 汽車電器與電子控制系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[9] 南金瑞，金狄，劉波瀾. 汽車單片機(jī)及車載總線技術(shù)[M]. 2版. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2013.

[10]李廣秀，朱月秀，冷祖祈. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M]. 3版. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994.endprint