新型智能外后視鏡

丁星星，李曉洋，王挽月

（安徽三聯(lián)學(xué)院，安徽合肥，230601）

1 后視鏡的發(fā)展歷程

初始的汽車(chē)上沒(méi)有后視鏡這種裝置，在上世紀(jì)賽車(chē)比賽中都是一名駕駛者配一名觀察者專(zhuān)門(mén)觀察車(chē)輛后方的情況。在一次比賽中美國(guó)的賽車(chē)手瑞哈羅恩在自己的賽車(chē)兩側(cè)上設(shè)計(jì)了一種類(lèi)似于后視鏡的鏡子并且在比賽時(shí)沒(méi)有攜帶助手，在這種情況下瑞哈羅恩獲得了比賽的勝利由此人們開(kāi)始意識(shí)到外后視鏡的作用。1914年出現(xiàn)首個(gè)后視鏡被注冊(cè)專(zhuān)利，之后外后視鏡被廣泛用于車(chē)輛輔助司機(jī)駕駛。進(jìn)入二十一世紀(jì)自動(dòng)化的要求變高，很多的事物趨向于智能化，所以在市面上出現(xiàn)了智能后視鏡[1]。這種后視鏡最早起源于國(guó)外，所以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于智能后視鏡的研究居多，而真正對(duì)于智能后視鏡的研究主要從2014年開(kāi)始流行，有關(guān)的申請(qǐng)專(zhuān)利數(shù)量也在逐年攀升。2016年申請(qǐng)量達(dá)到了歷史最高點(diǎn)之后其研究開(kāi)始減少。所謂的智能后視鏡，通常是指汽車(chē)的智能后視鏡，其具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)與運(yùn)行空間，可以由用戶(hù)自行安裝軟件、游戲、導(dǎo)航等第三方服務(wù)商提供的程序，并可以通過(guò)WIFI或者移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接入。一些消費(fèi)者認(rèn)為智能后視鏡會(huì)為其提供便捷，所以基于智能后視鏡的研究產(chǎn)生新的想法即新型智能外后視鏡的研究。

2 研究背景

社會(huì)在不斷的進(jìn)步，出行方式也在更新從過(guò)去的步行、牛車(chē)、到現(xiàn)在的火車(chē)、飛機(jī)、動(dòng)車(chē)、船只等。但是在人們出行選擇最多的還是汽車(chē)，有數(shù)據(jù)表明截至2021年6月，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)3.84億量，其中汽車(chē)2.92億量并呈現(xiàn)上漲的趨勢(shì)。道路上的車(chē)輛變得越來(lái)越多帶來(lái)環(huán)境污染的同時(shí)也帶來(lái)了危險(xiǎn)，每年因?yàn)槠?chē)造成的傷亡人數(shù)不計(jì)其數(shù)。日常司機(jī)駕車(chē)過(guò)程是存在較大的視角盲區(qū)[2]，雖然外后鏡的出現(xiàn)解決了一定的盲區(qū)，但不能夠解決這一現(xiàn)象在行車(chē)中存在的危險(xiǎn)。當(dāng)下雨、霧霾等不理想的天氣發(fā)生時(shí)，外后視鏡所能看到的視野會(huì)縮小且變得模糊。另外在黑夜外后視鏡的視野本就不太好，這時(shí)后車(chē)的大燈過(guò)亮不僅影響前車(chē)的視野同時(shí)還可能引起前車(chē)司機(jī)視力恍惚和眩暈感，或者陽(yáng)光強(qiáng)烈車(chē)鏡反光這兩種情況下都會(huì)影響對(duì)外后視鏡的使用無(wú)法體現(xiàn)其基本作用，這樣無(wú)疑為行車(chē)帶來(lái)了困難和危險(xiǎn)。以上情況不僅在人們?nèi)粘Ｉ钪械拇杰?chē)中存在，也存在于貨物運(yùn)輸?shù)拇筘涇?chē)，通常這樣的貨車(chē)司機(jī)在運(yùn)輸貨物時(shí)都存在疲勞駕駛的現(xiàn)象，一方面是高速公路上可供休息的服務(wù)區(qū)較少另一方面貨車(chē)司機(jī)有開(kāi)夜車(chē)的習(xí)慣，而且車(chē)輛體積越大視野現(xiàn)象也就更加的明顯[3]，故這類(lèi)司機(jī)本身的危險(xiǎn)性也就變得更大?；谝陨系脑蛟O(shè)計(jì)一種新型智能的外后視鏡，在能給予司機(jī)提供方便的基礎(chǔ)上去保證了其自身安全，大大程度上降低危險(xiǎn)的發(fā)生。

3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由五大模塊組成分別有中央控制模塊、攝像頭、紅外檢測(cè)模塊、語(yǔ)音模塊，WIFI模塊以及蜂鳴器共同組成。整體硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 總體流程框圖

設(shè)計(jì)中采用的芯片型號(hào)為STM32F103ZET6，它內(nèi)部集成了多種功能其性能極高。另外它的引腳數(shù)多達(dá)144個(gè)可操控的對(duì)象便增加了，大容量的儲(chǔ)存空間、多種定時(shí)器以及各種功能接口能夠以低功耗和高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)建立實(shí)時(shí)信息傳輸，在基本功能基礎(chǔ)上可以配合很多外設(shè)使用，集發(fā)現(xiàn)信息、處理信息、反饋信息為一身，正因?yàn)樗錾淖陨硇阅苣壳霸诟鱾€(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

3.1 模塊設(shè)計(jì)

它出色的信息處理能力，加上攝像頭ov7725的動(dòng)態(tài)捕捉能力和無(wú)線模塊，能很好的實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線傳輸。裝置先由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)在外后視鏡位置的攝像頭，然后控制攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度拍攝畫(huà)面，并且將所采集的圖像再返回給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)所接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的處理，隨后經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸?shù)腤IFI模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，在車(chē)載電腦顯示屏上司機(jī)即可看到車(chē)輛周?chē)喾轿坏漠?huà)面。另外為了增加設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)提高設(shè)計(jì)的性能，在實(shí)時(shí)檢測(cè)畫(huà)面的同時(shí)增加視頻儲(chǔ)存功能[4]，即將攝像頭所拍攝的畫(huà)面存放做成類(lèi)似于行車(chē)記錄儀的功能，這樣如果發(fā)生車(chē)輛側(cè)邊事故的情況下也可以通過(guò)查詢(xún)存儲(chǔ)的視頻追究責(zé)任，查明原因。

設(shè)計(jì)使用的是GP2Y0A02型號(hào)的長(zhǎng)距離紅外檢測(cè)模塊，其范圍20CM-150CM完全可以適應(yīng)設(shè)計(jì)的要求。它的工作原理是當(dāng)模塊發(fā)射紅外光線遇到障礙物時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射波信號(hào)，模塊收到該信號(hào)時(shí)會(huì)將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)然后發(fā)射與接收的時(shí)間差即可依照公式即可得到距離，在本設(shè)計(jì)中采取計(jì)數(shù)方式得到時(shí)間進(jìn)而得出距離值。

當(dāng)模塊發(fā)送紅外線后第一次接收到返回時(shí)給單片機(jī)一個(gè)開(kāi)啟信號(hào)并且讓計(jì)數(shù)器用頻率計(jì)數(shù)，當(dāng)?shù)诙卧俳邮招盘?hào)時(shí)單片機(jī)的計(jì)數(shù)器停止工作，通過(guò)脈沖的周期乘以脈沖數(shù)即可得到時(shí)間進(jìn)而估算距離值。紅外模塊在系統(tǒng)中的作用主要是起到中間橋梁的作用，當(dāng)估算的距離小于語(yǔ)音模塊設(shè)定的閾值觸發(fā)單片機(jī)啟動(dòng)語(yǔ)音模塊工作提醒司機(jī)注意車(chē)輛周?chē)闆r，如估算值在此基礎(chǔ)上更小的情況下則會(huì)觸發(fā)報(bào)警模塊，通過(guò)啟動(dòng)車(chē)輛的剎車(chē)減小車(chē)輛的速度，以便給司機(jī)流出更多的時(shí)間快速做出正確反應(yīng)。具體的流程圖如圖2所示。

圖2 紅外檢測(cè)框圖

語(yǔ)音模塊的設(shè)計(jì)目的是提醒在司機(jī)車(chē)輛周?chē)矬w距離車(chē)輛超過(guò)安全距離，給予司機(jī)足夠的反應(yīng)時(shí)間，從而去規(guī)避危險(xiǎn)的發(fā)生。LD3320語(yǔ)音識(shí)別模塊可以與多種單片機(jī)結(jié)合使用，其詞條內(nèi)容根據(jù)使用者的需求隨意改變而且修改操作簡(jiǎn)單即只需修改程序中的拼音即可。此外該模塊采用高靈敏度麥克風(fēng)設(shè)計(jì)小巧小的空間便能實(shí)現(xiàn)大功能，并且識(shí)別非常靈敏。設(shè)計(jì)中采用的是LD3320 語(yǔ)音識(shí)別芯片和SYN6288語(yǔ)音合成模塊組成的，兼顧了語(yǔ)音的識(shí)別和語(yǔ)音的播放功能，兩者的結(jié)合在實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上還可以根據(jù)使用者的個(gè)人習(xí)慣和想法設(shè)定自己特定的語(yǔ)音系統(tǒng)更具有人性化。

設(shè)計(jì)中因?yàn)樾枰獙z像頭采集的視頻傳輸給車(chē)載電腦，如果采用直接傳輸顯然是不可能的，所以我們以單片機(jī)為媒介借助WIFI實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸并顯示。這里我們采用的型號(hào)是ESP8266，它是一種低功耗的串口WIFI模塊，內(nèi)部集成了MCU能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間串口通信。它是一種專(zhuān)為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)霍局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。ESP8266可以廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，支持多種工作模式另外除了無(wú)線傳輸功能還可以兼做應(yīng)用處理器作用，如圖3所示。

圖3 無(wú)線傳輸模塊圖

4 總結(jié)

本設(shè)計(jì)在不破壞原有的外后視鏡的基礎(chǔ)上增加了功能，無(wú)論是在前行還倒車(chē)過(guò)程中駕駛者不會(huì)因?yàn)橛^察周?chē)闆r不全造成事故，另外在外界的天氣情況惡劣下依舊能清晰觀察路況，并且別的車(chē)輛或人靠近自身車(chē)輛還可以提醒駕駛者注意減少意外發(fā)生。設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于沒(méi)有取消外后視鏡而是增加功能，即使裝置發(fā)生錯(cuò)誤還可以依照原來(lái)的方式安全駕駛。整個(gè)設(shè)計(jì)中采用的是基本的模塊化的設(shè)計(jì)，依靠簡(jiǎn)單的元件、電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求，整體成本不高更加具有普遍性。如果想提高性能可以將其中的元件或模塊替換成高精度的型號(hào)，操作并不復(fù)雜可移植性強(qiáng)。