基于停車(chē)位的汽車(chē)停車(chē)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

焦冬莉，劉青芳，趙永強(qiáng)，王 瑾

(太原工業(yè)學(xué)院 電子工程系，山西 太原 030008)

基于停車(chē)位的汽車(chē)停車(chē)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

焦冬莉，劉青芳，趙永強(qiáng)，王 瑾

(太原工業(yè)學(xué)院 電子工程系，山西 太原 030008)

基于停車(chē)位的汽車(chē)停車(chē)報(bào)警系統(tǒng)是針對(duì)目前市場(chǎng)上被忽略的依據(jù)停車(chē)線為駕駛員設(shè)計(jì)的一款報(bào)警裝置。該系統(tǒng)采用低成本的單片機(jī)、CCD傳感器、超聲波測(cè)距模塊實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，具有方便調(diào)試，安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

單片機(jī)；CCD；超聲波測(cè)距；停車(chē)線

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)數(shù)量飛速增長(zhǎng)，尋找停車(chē)位并準(zhǔn)確停車(chē)是駕駛員必須面對(duì)的問(wèn)題。一般停車(chē)位是用幾條白線劃分出來(lái)的，駕駛員坐在駕駛座上時(shí)，視野范圍受限，利用后視鏡只能觀察側(cè)后方白線且需要隨時(shí)調(diào)整后視鏡，往往停下后才發(fā)現(xiàn)車(chē)輛歪斜或者過(guò)于靠近白線等情況。如果能夠提前預(yù)知車(chē)輛與白線的相對(duì)位置是否合理，就可以幫助駕駛員將車(chē)輛準(zhǔn)確地停放到車(chē)位上，預(yù)防剮蹭等事故的發(fā)生。

基于停車(chē)位的汽車(chē)停車(chē)報(bào)警系統(tǒng)，與常見(jiàn)的汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)[1]相似，除了周邊障礙物，還針對(duì)停車(chē)位白線進(jìn)行了報(bào)警設(shè)計(jì)。相對(duì)于價(jià)格昂貴的導(dǎo)航系統(tǒng)，該裝置適用于配備低端車(chē)型，具有成本低廉、電路簡(jiǎn)單、精度滿(mǎn)足需求的特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體框圖

汽車(chē)停車(chē)報(bào)警裝置是一種安全輔助裝置，由線性CCD圖像傳感器、超聲波傳感器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、報(bào)警電路[2]等組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

核心控制器通過(guò)比對(duì)車(chē)身與白線或障礙物的相對(duì)距離來(lái)判斷出車(chē)身停放是否準(zhǔn)確合適，位置不合適即做出報(bào)警提示，使駕駛員能夠更清楚地了解自己車(chē)輛周?chē)系K物的情況以及車(chē)輛與車(chē)位的相對(duì)信息，對(duì)于駕駛員的起步、停車(chē)和倒車(chē)都提供了很大的幫助，提高了駕駛員停放車(chē)輛的安全性。

2 主要器件及工作原理

由圖1可知，系統(tǒng)所用的器件主要有單片機(jī)、CCD傳感器、超聲波測(cè)距模塊。

2.1 單片機(jī)MK60N512VMD100

單片機(jī)是系統(tǒng)軟件的載體，是控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)中的線性CCD模塊和超聲波測(cè)距模塊都是用軟件驅(qū)動(dòng)，選用K60系列單片機(jī)芯片MK60N512VMD100可滿(mǎn)足需要[3]。

2.2 線性CCD傳感器TSL1401

CCD圖像傳感器是一種可以直接將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電流信號(hào)的傳感器，將電流信號(hào)放大并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，就可以實(shí)現(xiàn)圖像的采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理和檢索。從功能上說(shuō)，CCD被分為面陣CCD和線陣CCD兩大類(lèi)。設(shè)計(jì)中使用CCD主要是檢測(cè)停車(chē)位的白線，所以選擇了較為簡(jiǎn)單的TSL1401線性CCD傳感器[4]。

2.3 超聲波測(cè)距模塊

超聲波測(cè)距的主要方法包括幅值檢測(cè)法、相位檢測(cè)法、渡越時(shí)間法。本設(shè)計(jì)采用的HC-SR04模塊的測(cè)距法為渡越時(shí)間法。該模塊可以提供2 cm～400 cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度能達(dá)到3 mm，模塊包括超聲波發(fā)射器和接收器以及控制電路[5]。

3 設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)問(wèn)題

報(bào)警系統(tǒng)要達(dá)到預(yù)定的效果，還需注意傳感器的設(shè)置、時(shí)序等問(wèn)題。

3.1 線性CCD傳感器

3.1.1 CCD個(gè)數(shù)及位置

CCD的功能是監(jiān)測(cè)車(chē)輛相對(duì)于白線位置是否合適，防止車(chē)身歪斜或者靠近某側(cè)白線，安裝如圖2所示。

如圖2，通過(guò)比較6個(gè)線性CCD模塊監(jiān)測(cè)到的車(chē)身與白線的距離，可以判斷車(chē)是否停好。

3.1.2 CCD曝光時(shí)間

因?yàn)槠?chē)停車(chē)環(huán)境多變，必須考慮光線對(duì)于CCD輸出信號(hào)的影響。要適應(yīng)各種不同環(huán)境，不能使用一個(gè)固定參數(shù)。由于曝光量與輸出電壓密切相關(guān)，而曝光量取決于CCD模塊所使用的鏡頭光圈大小以及程序所控制的曝光時(shí)間，相對(duì)于調(diào)整光圈大小，設(shè)置CCD程序鎖控制其曝光時(shí)間更為簡(jiǎn)便。

3.1.3 CCD輸出信號(hào)的放大

調(diào)節(jié)曝光時(shí)間即增加弱光環(huán)境下的曝光時(shí)間，減少?gòu)?qiáng)光環(huán)境下的曝光時(shí)間，但增加曝光時(shí)間會(huì)降低采樣率，使控制周期變長(zhǎng)，系統(tǒng)反應(yīng)變慢。在保證不降低采樣率的前提下，可采用放大器來(lái)增大線性CCD在晚上弱光時(shí)的輸出電壓。

3.1.4 驅(qū)動(dòng)及時(shí)序

TSL1401 的驅(qū)動(dòng)程序只需MCU控制CLK及SI兩個(gè)端口按照既定時(shí)序發(fā)出方波信號(hào)，AO端就會(huì)依次輸出128個(gè)像素點(diǎn)的模擬信號(hào)。

3.2 超聲波測(cè)距時(shí)序

超聲波測(cè)距時(shí)序如圖3所示?？刂破靼l(fā)出一個(gè) 10 μs 以上脈沖觸發(fā)信號(hào)，測(cè)距模塊即發(fā)出8個(gè)40 kHz周期電平并檢測(cè)回波。一旦檢測(cè)到有回波信號(hào)則輸出回響信號(hào)?；仨懶盘?hào)的脈沖寬度與所測(cè)的距離成正比，通過(guò)發(fā)射信號(hào)

到接收到回響信號(hào)的時(shí)間間隔可以計(jì)算得到車(chē)身與障礙物的距離。

距離=高電平時(shí)間×聲速(340 m/s)/2。

4 軟件設(shè)計(jì)

主程序流程如圖4所示。初始化包括中斷的初始化、I/O端口的初始化、定時(shí)器的初始化等。在初始化完成后，超聲波測(cè)距模塊和線性CCD模塊開(kāi)始工作，處理器接收其信號(hào)并進(jìn)行處理，車(chē)身位置不合適時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警。

5 測(cè)試結(jié)果及使用

測(cè)試使用實(shí)驗(yàn)小車(chē)，CCD選用藍(lán)宙電子的TSL1401模塊，利用集成運(yùn)放構(gòu)成11倍的放大電路，在晚上弱光環(huán)境下同樣能達(dá)到50 Hz 的采樣率，并且保證輸出的電壓在合理范圍內(nèi)。設(shè)置好偏差標(biāo)準(zhǔn)后，小車(chē)移動(dòng)時(shí)，若車(chē)身位置不合適，可產(chǎn)生聲光報(bào)警，達(dá)到設(shè)計(jì)及應(yīng)用要求。

系統(tǒng)可直接安裝于沒(méi)有倒車(chē)裝置的汽車(chē)上，成本低，調(diào)試簡(jiǎn)單。也可以在有倒車(chē)?yán)走_(dá)的車(chē)輛上加裝，以增強(qiáng)停車(chē)系統(tǒng)功能。在沒(méi)有影像的情況下，用指示燈顯示警示位置，比起只有報(bào)警音的倒車(chē)?yán)走_(dá)，警示更直觀。相對(duì)于利用導(dǎo)航系統(tǒng)鎖定停車(chē)位并自動(dòng)駐車(chē)的系統(tǒng)，該裝置更適用于配置低端車(chē)型，或自行加裝報(bào)警裝置。

[1] 戴卓邊.汽車(chē)電子控制裝置[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

[2] FLOYD T L.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2014.

[3] 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[4] 李永建,葛友華,崔治. 基于CCD圖像傳感器的嵌入式檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011，29(8)：71-72.

[5] 蘇琳. 基于HC-SR04的超聲波測(cè)距器的設(shè)計(jì)[J]. 科技信息，2012，34(3)：124-125.

The design of car parking alarm system based on the parking space

Jiao Dongli，Liu Qingfang，Zhao Yongqiang，Wang Jin

(Department of Electronic Engineering, Taiyuan Institute of Technology，Taiyuan 030008，China)

The car parking alarm system based on parking space is a warning device for the driver, that is designed in view of parking line ignored by the present market. It is composed of low cost single-chip microcomputer, CCD sensor and ultrasonic ranging module, and can realize acousto-optic alarm. Its debug is convenient, installation is simple.

single-chip microcomputer；CCD sensor；ultrasonic ranging；parking line

TH71

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.05.009

焦冬莉，劉青芳，趙永強(qiáng)，等.基于停車(chē)位的汽車(chē)停車(chē)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(5)：27-28.

2016-11-10)

焦冬莉(1971-)，女，碩士，講師，主要研究方向：信號(hào)檢測(cè)與處理。

劉青芳(1979-)，女，碩士，講師，主要研究方向：信號(hào)檢測(cè)與處理。

趙永強(qiáng)(1968-)，男，碩士，教授，主要研究方向：信號(hào)仿真。