無線倒車雷達的設(shè)計與實現(xiàn)

北方民族大學(xué) 高 遠 祝 玲 鐘坤芳

引言

在進幾十年里科技技術(shù)飛速發(fā)展，同時也推動了交通運輸業(yè)的高速發(fā)展，車流密集化以及各類私家車的出現(xiàn)。并且，汽車的產(chǎn)量依然在增長。而交通管理系統(tǒng)卻跟不上汽車的發(fā)展速度，由此造成近些年來事故頻繁發(fā)生。智能交通系統(tǒng)ITS（Int el l igent Tr anspor t at ion Syst em）為當(dāng)前國際各個國家共同關(guān)注的交通管理的前沿技術(shù)，它在充分發(fā)揮現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施潛能，提高工作效率，增強交通安全性，改善環(huán)境方面已取得卓越成效，是大部分國家都很重視相關(guān)項目的開發(fā)。其中倒車雷達技術(shù)是ITS中的一項重要研究，其中按傳感器主要分為兩大類超聲波和攝像頭。無論是攝像頭倒車雷達還是超聲波倒車雷倒都純在許多的漏洞。該項目將兩種方案結(jié)合，以便解決其中部分缺陷。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計原理

采集部分以K 60單片機作為主控芯片，通過AV攝像頭采集圖像信息，HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，傳輸給視頻采集端的主控芯片，在通過MB90092字符疊加芯片將距離信息疊加到圖像信息上。通過無線射頻電路將圖像信息傳輸?shù)杰囕d顯示。接收部分將接收到的疊加后的圖像信息直接通過AV蓮花接頭傳輸?shù)斤@示器，同時分離超聲波距離信號。將其發(fā)送給MCU，當(dāng)離障礙物太近時，MCU通過字符疊加控制顯示器四周變紅，作為提醒?？刂撇糠植捎瞄_關(guān)以及語音模塊控制倒車雷達以及字符疊加部分的開關(guān)。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計

2.1 MCU模塊

K60是基于ARM Cor t ex-M4具有超強可擴展的低功耗、混合信號微控制器。具有高性能、高精度的混合信號能力，寬廣的互聯(lián)性，人機接口和安全外設(shè)。f l ex為512KB，最高可超頻至200M。144引腳。內(nèi)核帶DSP指令，性能和定時控制外設(shè)。具有16為ADC以及12位DAC。1.71V到3.6V寬操作電壓范圍。運行溫度-40°C到150°C。MCU部分最小系統(tǒng)如圖2。

2.2 測距模塊

主要通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，判斷車周圍障礙物位置，并以反饋正確障礙物距離，配合圖像以確定障礙物具體位置。HC-SR04 超聲波測距模塊可提供2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能，測量角度為15度。測距精度可達高到3mm，輸入觸發(fā)信號為10us的TTL脈沖。超聲波時序圖如圖3所示。

圖2 無線發(fā)射電路

圖3 MCU部分最小系統(tǒng)

圖4 超聲波時序圖

2.3 字符疊加模塊

MB90092是用于顯示控制視頻中的文字和圖像的視頻顯示控制芯片，內(nèi)部集成了顯示內(nèi)存(VRAM)、外掛字庫接口和視頻信號發(fā)生器，提供兩種屏幕疊加方法，分別稱為“主屏”和“副屏”，二者可單獨或相互重疊出現(xiàn)在監(jiān)視器上。數(shù)據(jù)不僅可以在前期配置的每行中被設(shè)置，也可以集中地在后期配置的整個屏幕中被設(shè)置。 如果主屏中只有圖形字符，則有192×384個像素點，在同樣的情況下，副屏有192×384個像素點或256×512個像素點。（實際顯示屏由水平方向的像素點的時鐘頻率和電視系統(tǒng)垂直方向的一定光柵數(shù)決定。）MB90092把RAM作為字庫內(nèi)存，能夠顯示自由圖形。MB90092總共能夠使用16384種類型的字符，包括普通字符和圖形字符。它能夠控制外部16M bits的字庫內(nèi)存。對于視頻信號的輸出，MB90092具有合成視頻信號，Y/C分離視頻信號，RGB數(shù)字信號輸出引腳。MB90092還具有視頻信號輸入引腳，允許重疊顯示任意一種復(fù)合視頻信號和Y/C分離視頻信號。

圖5 接收端程序流程圖

2.4 穩(wěn)壓模塊

發(fā)射端利用7.4～12V電池供電，對于單片機，需要提供穩(wěn)定的5V電源，由于LM2940的穩(wěn)壓的線性度非常好，所以選用LM2940-5單對其進行供電；攝像頭直接用7.4V電池供電，發(fā)射電路采用LM1117提供3.3V電源供電。接收除單片機用5V供電外，其余皆用12V。

3 軟件設(shè)計

程序總體設(shè)計流程圖（見圖5、圖6）。

圖6 發(fā)射端程序流程圖

接收端在打開開關(guān)后，首先系統(tǒng)進行初始化，之后顯示屏開顯示，接收圖像信息整個程序中顯示屏一直工作，系統(tǒng)會根據(jù)距離信息進行相應(yīng)提示。

發(fā)射端處于常開狀態(tài)，PID算法控制超聲波模塊測距，在疊加入圖像信息傳至接收端。

部分程序如下

/******************超聲波****************/

data=FTM2_CNT+5000;

FTM2_CNT =0;

ShowParameter(&data, 1, "Speed:");

delay();

Trig=1; //Trig腳拉高

enable_pit_interrupt(PIT0); //開pit0中斷

while(!(count>=4));//等待20us

disable_pit_interrupt(PIT0);//關(guān)閉定時器

count=0; //計數(shù)清零

Trig=0; //Trig腳拉低

PTA15_OUT=0;//指示燈亮

while(!(Echo==1));//等待Echo腳拉高

enable_pit_interrupt(PIT0); //開pit0中斷

while(!(Echo==0 || count>=4500)); //等待Echo腳拉低或計時溢出

distance = count*17/20; //計算距離，單位mm

disable_pit_interrupt(PIT0);//關(guān)閉定時器

Print(3,0,"Distance(mm):");

if(count>=4500)

ShowParameter(&distance, 4, "Over fl ow!");

else

ShowParameter(&distance, 4, " Normal:");

count=0;//計數(shù)清零

delay(); //延時

PTA15_OUT=1; //指示燈滅

/***************增量式PID控制**********/

void PID()

{

error3=error2;

error2=error1;

error1=E0;

Motor_Past=Motor_PID;

Motor_PID=Motor_Past+P*error1+I*(error1-error2)+D*(error1-2*error2+error3);

Motor_PID=Motor_PID>Motor_Max?Motor_Max:Motor_PID;

Motor_PID=Motor_PID

PWM(Motor_PID);

}

4 結(jié)語

隨著交通的日漸發(fā)展，人們的出行安全尤為重要。其中倒車雷達起到重要作用，本文中所用到的原材料方便易找到，且成本低廉方便制造。相對市面價格相對便宜，且體積小，使用安全，電壓小，續(xù)航能力強。本文介紹的整個系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和軟甲構(gòu)成。

[1]劉娟.單片機C語言與PROTUES仿真技能實訓(xùn)[M].北京:中國電力出版社,2008.