智能倒車系統(tǒng)設(shè)計*

趙恩惠，張晶晶，郅 慧，黃松源，杜智敏

(河南科技大學信息工程學院，河南 洛陽 471023)

0 引言

汽車的出現(xiàn)給人們的出行帶來了很大的便利，而且現(xiàn)在汽車的種類變得越來越豐富，功能也變得越來越齊全。汽車的出現(xiàn)可以追溯到1680年，當時的牛頓就想設(shè)計一款利用噴射蒸汽來提供動力的汽車，雖然由于當時的科學技術(shù)的限制，這個想法并沒有成功，但是依然在一定程度上推進了汽車的發(fā)展。到了1879年，德國工程師卡爾.本茨首次成功設(shè)計了第一臺二沖程發(fā)動機。七年后，他發(fā)明的機動車成功申請了專利，因此人們一般把1886年認為是汽車的元年，將卡爾本茨認為是汽車之父[1]。就是自此時起，汽車得到了空前的發(fā)展。目前的汽車除了安全性方面較之前有了很大的提升之外，在一些娛樂以及智能化方面也做的很出色。

隨著汽車進入千家萬戶，許多停車場為確保更多的停車位，導致車位越來越小，倒車越來越難，因此提高倒車的安全性成了車主關(guān)注的問題，現(xiàn)在的方法主要有：1) 自動泊車系統(tǒng)；2) 全方位可視倒車系統(tǒng)。以上系統(tǒng)都能給倒車提供方便，但只是高級汽車才有[2]?，F(xiàn)在已經(jīng)有自動駕駛汽車的概念，雖然還沒有得到大范圍的推廣，但依然受到了各方面的廣泛關(guān)注。而且一點點小小的改動，都會引起大眾的重視。研究智能倒車是汽車中一個重要的部分，對于駕駛員的安全駕駛以及人民幸福感的提高都有很大的幫助，對于一些剛拿到駕駛證的駕駛小白來說，開車出門倒車入庫也是一個很大的問題。雖然可以通過駕駛技術(shù)的逐漸提高去解決這個問題，但是如果有一個倒車小助手一樣的小助理幫助我們來做到這個動作，就會極大地方便我們的生活。

1 總體系統(tǒng)設(shè)計

該款設(shè)計要解決的問題為檢測所要倒車入庫環(huán)境下的路況信息，并且自行地判斷在整個倒車的環(huán)境下是否有刮蹭的可能，并通過語音播報給駕駛?cè)诵枰獔?zhí)行的動作，以及通過指示燈顯示需要轉(zhuǎn)動方向盤的方向。對于自動控制系統(tǒng)的實現(xiàn)，主要是由單片機以及傳感器組成，由攝像頭傳感器將環(huán)境信息傳遞給單片機，通過單片機內(nèi)部的處理，將指示信息通過語音以及指示燈顯示出來。本設(shè)計的系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

本設(shè)計采用的單片機是帶FlexIO的FRDM-K82F ，攝像頭采用的是OV7670傳感器。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

主控模塊：本次設(shè)計采用的主控模塊是恩智浦freedom K82F，他是面向Kinetis K82、K81和K80 MCU的低成本開發(fā)平臺。規(guī)格和Arduino Rev3引腳布局兼容。配置豐富的外設(shè)，包括6軸數(shù)字加速度傳感器和磁力計，用于直接交互的3色LED和兩個用戶按鈕，2x32Mb QuadSPI外部閃存，F(xiàn)LexIO攝像頭接口，觸摸板以及與Bluetooth和2.4 GHz無線電附加模塊配套使用的接頭，可實現(xiàn)快速原型設(shè)計。并且FRDM-K82F的Kinetis FLexIO(板載攝像頭接口)從OV7670傳感器獲取數(shù)據(jù)圖像，完全捕獲圖像后，中斷將指示圖像已準備就緒并存儲在內(nèi)存里，這時MCU就會處理圖片信息，而在MCU處理圖像時，Kinetis FlexIO將同時捕獲下一個圖像。如此處理方式，讓FRDM-K82F成為實現(xiàn)這個項目的理想平臺，成本非常低的圖像處理平臺。

檢測系統(tǒng)：本次設(shè)計采用的是OV7670攝像頭模塊，300k像素的相機，OV7670圖像傳感器，體積小、工作電壓低，提供單片 VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能。通過 SCCB 總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率 8 位影像數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品 VGA 圖像最高達到 30 幀/秒。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。所有圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等都可以通過 SCCB 接口編程。OmmiVision 圖像傳感器應用獨有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質(zhì)量，得到清晰的穩(wěn)定的彩色圖像。

指示燈的設(shè)計：指示燈使用帶控制器的WS2812B RGB LED制成，并使用泡沫板安裝。使用WS2812B LED的原因是，僅使用微控制器中的一個簡單GPIO控制，就可以具有很大的靈活性。指示燈的原理圖如圖2。

圖2 指示燈設(shè)計原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該設(shè)計需要完成的目標是檢測倒車入庫時的車況環(huán)境信息，并且判斷是否有刮蹭的可能，并由此給駕駛?cè)艘蕴崾拘畔⒁约罢Z音播報提示，確保每次倒車入庫的成功。其中的車況環(huán)境監(jiān)測是由車身上的OV7670攝像頭監(jiān)測到的，并將監(jiān)測后的圖像數(shù)據(jù)傳遞給單片機，單片機經(jīng)過內(nèi)部的計算，給出指令指示駕駛員做出相應的動作。該項目的軟件系統(tǒng)圖如圖3。

圖3 軟件系統(tǒng)流程圖

4 總結(jié)

生活中，當駕駛員開始倒車入庫時，可能會因為車位較小或車輛與車位較近，駕駛員無法準確地掌握方向盤轉(zhuǎn)動的角度，而導致刮蹭產(chǎn)生一定的損失。假設(shè)此時能夠有一個倒車小助手一樣的語音助手，就能使駕駛?cè)烁臃€(wěn)妥地倒車入庫。并且該設(shè)計所需要的成本非常的低廉，結(jié)構(gòu)也比較簡單，該設(shè)計經(jīng)過很多的測試，是有很大的可行性的。