基于單片機(jī)的卡車盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

顧 斌，周 胥，冒 武，夏新春，胡順安

（1.常熟理工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500；2.上海易沃汽車設(shè)備有限公司，上海 201100）

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，貨物的周轉(zhuǎn)愈發(fā)頻繁，卡車在交通運(yùn)輸中扮演著不可或缺的角色，但由于其自身結(jié)構(gòu)原因在行車環(huán)節(jié)中極易形成盲區(qū)，即使是大曲率的后視鏡也無法完全避免.圖1所示為某卡車盲區(qū)，ABCDE 5處均為視野盲區(qū)，極易造成安全事故，尤其在內(nèi)輪差盲區(qū)，見圖2.上述盲區(qū)的存在顯然增加了卡車行駛的危險(xiǎn)性和對(duì)道路交通安全的影響，駕駛者稍有不慎，其后果不堪設(shè)想.

圖1 卡車盲區(qū)分布示意圖

圖2 卡車內(nèi)輪差盲區(qū)示意圖

世衛(wèi)組織在《2015年全球道路安全現(xiàn)狀報(bào)告》中指出，交通安全狀況雖有改善［1］，但全世界由于后視鏡盲區(qū)造成的交通事故約占30%.據(jù)德國保險(xiǎn)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣普及可減少近半成的卡車事故，同時(shí)能有效減少約1/3的卡車事故死亡人數(shù).歐盟（EU）早在2006年頒布的2003/97/EC法規(guī)中，要求卡車生產(chǎn)商生產(chǎn)的所有重型車都必須安裝盲點(diǎn)后視鏡，以有效延伸后視野區(qū)域［2］.

基于以上分析，現(xiàn)研發(fā)一種基于單片機(jī)的卡車盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合視頻成像技術(shù)和雷達(dá)探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)盲區(qū)范圍的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過蜂鳴器鳴叫、警示燈閃爍、車距實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控視頻反饋等多種技術(shù)手段達(dá)到提醒駕駛員的目的，從而減少盲區(qū)事故的發(fā)生.

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要部件

2.1 系統(tǒng)功能綜述

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和安裝示意圖如圖3、圖4所示.根據(jù)駕駛員實(shí)際行車的需求設(shè)定了系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo).當(dāng)車鑰匙撥至ON擋時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)，并對(duì)探測(cè)性能進(jìn)行自我檢測(cè)，若系統(tǒng)自檢正常，蜂鳴器“Bi----”一聲提示，同時(shí)顯示器動(dòng)態(tài)掃描一次，若自檢發(fā)現(xiàn)探頭錯(cuò)誤，蜂鳴器“Bi-Bi-”兩聲提示，顯示器提示自檢出錯(cuò)的探頭編號(hào).

圖3 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)安裝示意圖

系統(tǒng)的連接線束選取帶有隱藏布線的屏蔽護(hù)套電纜，保證在有電磁干擾環(huán)境下系統(tǒng)的優(yōu)良傳輸性能，其中插接器選取防護(hù)等級(jí)較高的航空接頭，防振性能優(yōu)良［3］.雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)始終工作，選用6路收發(fā)一體式超聲波探頭進(jìn)行測(cè)距，并會(huì)比對(duì)出6路測(cè)距計(jì)數(shù)值中的最小值［4］，并將其輸出至中控臺(tái)左上方的距離顯示器.其中4個(gè)開孔式探頭安裝在駕駛室周圍，其余2個(gè)以支架式（螺栓固定）安裝在車廂周邊（支架式探頭數(shù)目可根據(jù)車長(zhǎng)增減），并通過彈性線將支架式探頭和開孔式探頭的線路連接起來.所有探頭時(shí)刻將距離信息反饋至雷達(dá)主機(jī)，若雷達(dá)主機(jī)判斷出來車距離小于預(yù)先設(shè)置的閾值則判定存在安全隱患，并將信息通過主線組傳至報(bào)警主機(jī)，報(bào)警主機(jī)將啟動(dòng)所控制的各“效應(yīng)器”.首先控制對(duì)應(yīng)方向外后視鏡內(nèi)部的警示燈亮起，其原理在于安裝在高反射率鏡面后端的一塊小型嵌入式TFT-LCD液晶顯示屏，利用鏡面單方向的高透射性，將液晶顯示屏上紅色警示標(biāo)識(shí)透過鏡面進(jìn)行顯示［5］；其次，駕駛室內(nèi)左右分別布置一個(gè)無源蜂鳴器，借助單片機(jī)等電子元器件，采用合適的直流電壓驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行多頻鳴叫，實(shí)現(xiàn)不同工況下的發(fā)聲效果［6］；同時(shí)距離顯示器會(huì)顯示來車方向與距離；最后報(bào)警主機(jī)控制6個(gè)來自Integrated Micro-electronics的小型攝像頭將所獲視頻信息傳輸至四分屏后視鏡進(jìn)行顯示.系統(tǒng)在不同行車狀態(tài)下的工作狀態(tài)，見表1.

表1 卡車盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)工作方式

當(dāng)汽車開啟示寬燈時(shí)，警示燈的亮度自動(dòng)降低，減少對(duì)駕駛員的影響，即警示燈亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能.

2.2 超聲波雷達(dá)探頭

鑒于超聲波的優(yōu)良物理性能，該系統(tǒng)借助6個(gè)具有較大探測(cè)范圍的超聲波雷達(dá)探頭進(jìn)行非接觸式測(cè)距.

該系統(tǒng)中的超聲波雷達(dá)采用往返時(shí)間檢測(cè)法，并選用常見的40 kHZ超聲波頻率.其工作原理是通過傳感器發(fā)射40 kHZ超聲波，采集從發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間，從而計(jì)算出物體間距［7］，其原理如圖5所示.

圖5 超聲波測(cè)距模塊工作原理

2.3 四分屏后視鏡

該系統(tǒng)采用四分屏后視鏡這一新型顯示方式，其結(jié)構(gòu)的特殊性在于將一塊嵌入式TFT-LCD液晶顯示屏安裝于鏡面后側(cè)，借助后視鏡平面的單向高透射性，從而把液晶顯示器上的畫面內(nèi)容穿過鏡面進(jìn)行顯示（見圖6），暫時(shí)性取代傳統(tǒng)后視鏡.當(dāng)顯示器黑屏?xí)r，又恢復(fù)成普通的反射鏡面［7］.

此外，上述顯示屏并非一直顯示影像，而是在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)僅作為傳統(tǒng)后視鏡使用，可有效避免全時(shí)工作攝像頭由于一直提供圖像信息反而容易使駕駛員忽略提示，且比全時(shí)工作的攝像頭具有更長(zhǎng)的使用壽命.

圖6 四分屏后視鏡工作示意圖

2.4 距離顯示器

該系統(tǒng)采用數(shù)碼管進(jìn)行距離數(shù)值的顯示，采用膠粘方式布置在主控平臺(tái)上方偏左位置，相比儀表盤更易觀察.信息采集單元為車周身所布置的超聲波雷達(dá)探頭，信息處理單元為單片機(jī)，數(shù)據(jù)顯示單元由8位的共陰極數(shù)碼管和布置成方塊、箭頭形狀的發(fā)光二極管構(gòu)成.超聲波雷達(dá)探頭將測(cè)得的信息發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）然后將結(jié)果通過數(shù)碼管顯示出來［8］.

具體顯示界面中，箭頭的作用是指明進(jìn)入閾值范圍之內(nèi)的車輛與該車的相對(duì)位置，有左右之分，兩側(cè)各6個(gè)方形二極管是距離遠(yuǎn)近程度的直觀表示.例如，若該系統(tǒng)設(shè)定安全報(bào)警閾值為3 m，則可設(shè)定距離在0～0.5 m內(nèi)是亮一個(gè)方形二極管，0.5～1.0 m亮兩個(gè)，1.0～1.5 m亮3個(gè)，1.5～2.0 m亮4個(gè)，2.0～2.5 m亮5個(gè)，2.5～3.0 m亮6個(gè)，從而形成直觀的距離程度條.例如，圖7表示在該車左側(cè)距離3.0 m有車輛駛近，圖8表示在該車右側(cè)距離1.8 m有車輛駛近.

圖7 左側(cè)來車距離顯示器界面

圖8 右側(cè)來車距離顯示器界面

3 工作方式與原理

如圖9所示，當(dāng)該車鑰匙撥至ON擋位時(shí)啟動(dòng)系統(tǒng)，電源控制管理模塊借助LM2596電源轉(zhuǎn)換模塊將車載12 V（或24 V）電源電壓轉(zhuǎn)換為適用的5 V電壓，進(jìn)一步為各部件供能；當(dāng)鑰匙退出ON擋系統(tǒng)關(guān)閉.在ON狀態(tài)下，駕駛員可通過開關(guān)控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉，避免系統(tǒng)故障的情況下對(duì)駕駛員產(chǎn)生誤導(dǎo).

控制器為MIK632系統(tǒng)主控MCU8032，結(jié)合了報(bào)警主機(jī)與雷達(dá)主機(jī)功能，安裝于車輛ECU模塊附近，同時(shí)在其中設(shè)置探測(cè)距離的有效閾值.6個(gè)探測(cè)頭均選取HCR4型超聲波雷達(dá)，TRIG及ECHO接口分別與MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的A0-A7、B0-B3端口連接.若距離探測(cè)頭采集到的障礙物距離小于上述閾值，則借助I/O端口與MIK632系統(tǒng)主控MCU8032相連接的距離顯示器顯示來車距離，同時(shí)警示燈工作且蜂鳴器鳴叫，MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的C0、C1輸出端與左右蜂鳴器連接，來車方向一側(cè)的蜂鳴器將立即鳴叫.同時(shí)打開車身攝像頭，攝像頭的AV信號(hào)與MIK2435B信號(hào)開關(guān)連接，然后MIK2435B信號(hào)開關(guān)的復(fù)合輸出端接入MIK632系統(tǒng)主控MCU8032的BT.656，利用高速千兆多媒體串行鏈路（GMSL）串行器和方形解串器進(jìn)行視頻解析與傳輸，將視頻信息轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，然后由DAC口和T-CON口輸出至LCD四分屏后視鏡.

圖9 盲點(diǎn)警示與監(jiān)控系統(tǒng)電路原理圖

4 結(jié)束語

目前市場(chǎng)上不乏盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)視系統(tǒng)，但兩者一般單獨(dú)運(yùn)行，例如倒車?yán)走_(dá)以及行車記錄儀，但其未進(jìn)行有效融合，故現(xiàn)有技術(shù)仍存在很大的提升空間.基于此提供了一種車輛盲區(qū)避險(xiǎn)警示與監(jiān)控裝置，通過對(duì)車輛行駛過程中外界環(huán)境的測(cè)距，由音頻和視頻提醒駕駛員進(jìn)行行車避讓從而提高安全性.其優(yōu)點(diǎn)在于：通過不同位置的距離探測(cè)頭探測(cè)車輛外部障礙物的距離信息，由控制器控制不同位置的攝像頭和蜂鳴器工作提醒駕駛員注意安全，當(dāng)外部障礙物距離車身過近時(shí)，打開攝像頭提供實(shí)時(shí)畫面至四分屏后視鏡，避免全時(shí)工作攝像頭一直提供圖像信息而容易使駕駛員忽略提示的問題，提示效果更好.另外非全時(shí)工作的攝像頭具有更長(zhǎng)的使用壽命.故通過以上途徑減少安全事故的發(fā)生，在預(yù)防交通事故應(yīng)用方面有著十分重要的作用.

當(dāng)然，該系統(tǒng)僅僅提供行駛輔助功能，不可能完全消除盲區(qū)，要進(jìn)一步減少盲區(qū)影響帶來的交通事故，還要卡車等大型車輛駕駛員與行人及其他車輛遵守道路交通法規(guī)，理性認(rèn)識(shí)盲區(qū)，禮讓、謹(jǐn)慎通行，共同維護(hù)和諧安全的道路交通環(huán)境.