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)
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。
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。
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
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
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。