趙恩惠，張晶晶，郅 慧，黃松源，杜智敏

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)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(dāng)時(shí)的牛頓就想設(shè)計(jì)一款利用噴射蒸汽來提供動(dòng)力的汽車，雖然由于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)的限制，這個(gè)想法并沒有成功，但是依然在一定程度上推進(jìn)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(jì)了第一臺(tái)二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。七年后，他發(fā)明的機(jī)動(dòng)車成功申請(qǐng)了專利，因此人們一般把1886年認(rèn)為是汽車的元年，將卡爾本茨認(rèn)為是汽車之父[1]。就是自此時(shí)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(jìn)入千家萬戶，許多停車場(chǎng)為確保更多的停車位，導(dǎo)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(dòng)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(jí)汽車才有[2]?，F(xiàn)在已經(jīng)有自動(dòng)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(diǎn)點(diǎn)小小的改動(dòng)，都會(huì)引起大眾的重視。研究智能倒車是汽車中一個(gè)重要的部分，對(duì)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(duì)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(gè)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(gè)問題，但是如果有一個(gè)倒車小助手一樣的小助理幫助我們來做到這個(gè)動(dòng)作，就會(huì)極大地方便我們的生活。

1 總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該款設(shè)計(jì)要解決的問題為檢測(cè)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(gè)倒車的環(huán)境下是否有刮蹭的可能，并通過語音播報(bào)給駕駛?cè)诵枰獔?zhí)行的動(dòng)作，以及通過指示燈顯示需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤的方向。對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，主要是由單片機(jī)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(jī)，通過單片機(jī)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(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)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(jì)

主控模塊：本次設(shè)計(jì)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(tái)。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(jì)，用于直接交互的3色LED和兩個(gè)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(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)。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(zhǔn)備就緒并存儲(chǔ)在內(nèi)存里，這時(shí)MCU就會(huì)處理圖片信息，而在MCU處理圖像時(shí)，Kinetis FlexIO將同時(shí)捕獲下一個(gè)圖像。如此處理方式，讓FRDM-K82F成為實(shí)現(xiàn)這個(gè)項(xiàng)目的理想平臺(tái)，成本非常低的圖像處理平臺(tái)。

檢測(cè)系統(tǒng)：本次設(shè)計(jì)采用的是OV7670攝像頭模塊，300k像素的相機(jī)，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(dá)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(yīng)用獨(dú)有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學(xué)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(jì)：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(gè)簡(jiǎn)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(jì)原理圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)需要完成的目標(biāo)是檢測(cè)倒車入庫時(shí)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(bào)提示，確保每次倒車入庫的成功。其中的車況環(huán)境監(jiān)測(cè)是由車身上的OV7670攝像頭監(jiān)測(cè)到的，并將監(jiān)測(cè)后的圖像數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過內(nèi)部的計(jì)算，給出指令指示駕駛員做出相應(yīng)的動(dòng)作。該項(xiàng)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(dāng)駕駛員開始倒車入庫時(shí)，可能會(huì)因?yàn)檐囄惠^小或車輛與車位較近，駕駛員無法準(zhǔn)確地掌握方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，而導(dǎo)致刮蹭產(chǎn)生一定的損失。假設(shè)此時(shí)能夠有一個(gè)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(jì)所需要的成本非常的低廉，結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，該設(shè)計(jì)經(jīng)過很多的測(cè)試，是有很大的可行性的。