倒车影像系统

倒车影像系统（通用7篇）

倒车影像系统 篇1

0 引言

随着越来越多的电子信息技术如倒车雷达、倒车影像等系统应用到汽车上, 驾驶员可以更轻松地停放自己的车辆。其中, 一种能够实时的将车辆尾部的影像, 距离障碍物的安全距离, 倒车轨迹路径等信息提供驾驶员的系统近年来受到人车厂和驾驶员的高度重视。本文设计了可实现上述功能的倒车影像系统:以飞思卡尔的MCU为主机, 接收CAN总线上的倒档信号和计算转角信号, 发送指令到传感器进行图像采集。与此同时, 传感器自动从FLASH中调取相关辅助线图片, 并与采集到的视频一同显示在车载DVD上。

1 系统硬件结构

本系统是采用图像传感器的“HOST+FLASH”的框架结构来进行设计的, 包含的硬件模块有:图像采集模块、主机控制模块、电源模块。原理框图如图1所示。

当驾驶员挂R挡时, 主机控制模块需要接收CAN总线上的转角信号, 同时确定转角信号的方向, 角度大小, 根据相应“规范”转换成对应的图片索引ID, 并发送相应的指令到ASX340, 实现OVERLAY功能[3]。电源模块用来给系统各模块提供可靠供电, 采用高效的DC-DC电源设计方案, 考虑到摄像头体积的过小和散热问题, 采用多级转换模式。

1.1 图像采集模块

图像传感器采用Aptina公司专为车载摄像头系统设计的1/4彩色CMOS数字图像SOC芯片ASX340, 具有功耗低、性能稳定、低照度下感光性好等特点。其内部集成了ISP系统, 能够实现自动曝光, 自动白平衡, 自动增益, 伽马矫正, 锐度调节, 光学中心矫正等功能。是目前车载摄像头中性能最可靠的图像传感器[3], 驱动电路如图2所示。

ASX340需要的电压是2.8V和1.8V, DAC_POS为图像复合输出端口。当输出为模拟信号时, DOUT_LSB0引脚的电平状态决定了输出的视频格式, 低电平时, 输出信号为NTSC制式, 高电平时, 为PAL制式。芯片的SPI接口用于和外部FLASH进行通信, IIC接口用于和MCU进行通信, SADDR为器件ID选择端口。

1.2 主机控制模块

采用的MCU芯片型号为飞思卡尔的MC9S08DZ16[5], 具有抗干扰能力强, 功耗低, 价格低等特点。工作温度为-40℃~125℃, 属汽车级芯片, 其内部集成了各种通信接口, 如本系统中使用的IIC总线, CAN总线。其电路图如图3所示。

1.3 CAN收发器接口电路

TJAl040收发器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口以及对CAN总线的差动发送和接收功能, 如图4所示。

2 软件设计

2.1 轨迹线功能实现基础

ASX340图像传感器支持“OVERLAY”功能, 其原理结构图为图5所示。

DMA/CPU先将预存在FLASH[7]中的原始图像数据调取出来, 存储到内部五个缓存中的任意一个中, 图像数据的显示是按层显示的, 有四个动态显示层, 能够实现多达4幅图像的同时叠加[6]。因此用户可以通过给FLASH加载预呈现帧来实现动态场景。

ASX340支持一种高电平命令控制-主命令接口[8], 主机对ASX340通过IIC总线接口控制overlay功能, 为了支持主命令同步, ASX340子系统支持一个带“门铃”的主命令寄存器, “门铃”用来中断嵌入式微处理器, 这样能够做到发布主机命令后, 系统固件能够立即执行。

2.2 轨迹线功能程序设计

轨迹线功能主要用于实时显示当前倒车状态的运行轨迹, 当驾驶员挂倒挡信号时, 主机控制模块首先对系统进行初始化, 再获取CAN总线发送过来的转角信号, 判断转角信号的方向和大小, 将转角信号按相应规范计算得出与该角度对应的、预存在FLASH中的图片索引ID, 再写相应的指令到图像传感器ASX340, ASX340会自动将对应的图片从FLASH中读出, 通过OVERLAY功能, 和视频信号进行混合, 输出到DVD显示屏上。其软件流程图如图6所示 (以右转为例) 。

3 成像质量评测

目前车载摄像头行业没有统一的标准, 基本通过目视的“直接观察”来评定成像质量。为此在设计本系统时, 通过测试对比市场上多家摄像头产品, 制定了如下标准。该标准已得到国内某些自主品牌车厂的认可。该标准中部分内容见表1。

3.1 分辨率测试

摄像头的分辨率是指摄像头解析图像的能力, 本系统采用业界最具权威的ISO12233标准卡和解像力检测软件HYRes3_1, HYRes3_1是CIPA日本相机工业协会制订的检测标准。测试结果如图7所示。结果为359线对, 满足要求。

3.2 色彩还原测试该测试主要评定摄像是否能将所拍摄物体的颜色进行真实的再现。本系统在6500K标准

光源条件下, 通过Gretag Macbeth Colorcheck和Imatest来进行测量[4]。测量结果如图8所示。

图8中CIELAB的a*b*平面上可显示出颜色误差 (测量值和理想值之间的差别) 。正方形是理想值;圆圈是测量值。饱和度与单个颜色的色度有关, 而单个颜色的色度与测试值与理想值之间的距离相关。距离越大, 颜色误差越大。

从图8框中区域可得出, 饱和度 (saturation) 为103.9%;△C平均值为8.44;△E平均值为11。结果满足要求。

3.3 白平衡测试

白平衡的基本概念是“不管在任何光源下, 都能将白色物体还原为白色”白平衡测试要在D65光源, TL84光源、A光源三种光源条件下进行。本文只列举D65光源下, 通过Gretag Macbeth Colorcheck和Imatest来进行测量的结果。如图9所示。

图9中HSV Saturation (S) 中各值均小于0.2, 满足要求。

3.4 信噪比测试

本系统在6500K标准光源条件下, 通过Gretag Macbeth Colorcheck和Imatest来进行测量。测量结果如图10所示。

图10中矩形框区域的数值大于35d B。满足要求。

4 总结

文章介绍了基于Aptina ASX340的倒车影像系统的设计方法, 图像质量的评测方法和标准。该系统利用Aptina ASX340本身自带的OVERLAY功能, 使得系统设计简单, 可靠性高, 降低了设计成本。该系统已成功应用于多款自主品牌车型, 其最终效果图如图11所示。

摘要：为了避免倒车过程中因视觉盲区可能出现的安全隐患问题[1][2], 文章采用飞思卡尔单片机做主机, Aptina图像传感器ASX340[3]做从机, 利用ASX340内部的OVERLAY位图叠加系统, 设计了一种能够将倒车过程中实时的车辆尾部的影像, 距离障碍物的安全距离, 倒车轨迹路径等信息提供驾驶员倒车影像系统[9][10]。使用HYRes31、Imatest软件[4]测量了影像图像质量的主要因素。测量结果表明成像质量能够满足目前车厂的要求。

关键词：倒车影像系统,图像传感器,OVERLAY,倒车轨迹,Imatest

参考文献

[1]陈烁华, 冯桑.倒车辅助系统的技术发展[J].城市车辆, 2009:36-38.

[2]操虹, 卢荣胜, 马程.基于ARM9的多路视频采集系统设计[J].现代显示, 2009, 100:42-45.

[3]MT9V129 Datasheet[EB/OL].2007.www.aptina.com.

[4]Imatest Documentation[EB/OL].2009.www.imatest.com.

[5]MC9S08DZ16 Datasheet[EB/OL].2010.www.freescale.com.

[6]李富红, 程永强, 王丽辉.基于CMOS图像传感器MT9V136的OSD设计[J].[2010-07-19].中国科技论文在线, http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201007-341.

[7]MT9V126 SPI Flash Contents Encoding Specification Datasheet[S][EB/OL].2008.www.aptina.com.

[8]ASX340AT Host Command Interface Specification Datasheet[S][EB/OL].2011.www.aptina.com.

[9]李富红.高清贝尔图像实时采集系统[D].太原:太原理工大学, 2009.

[10]张永亮.智能可是倒车系统设计[D].武汉:武汉科技大学, 2008.

倒车影像系统 篇2

随着电子技术的不断发展,倒车系统也经过了数码显示、荧屏显示和有线可视倒车系统等几代产品的发展。有线可视倒车系统在汽车倒车时接通位于车尾的摄像头,将车后状况显示在液晶显示屏上,可以让驾驶者准确把握后方路况,方便了驾驶。但是有线的方式需要在车体内部布线,在一定程度上造成了车内路线的增加,不小心就会导致短路或者电瓶出现问题,这给汽车带来了安全隐患。本文提出一种无线倒车后视系统,该系统采用无线传输视频信号,不需要在车体内部布线,安装更加简单方便。

1 系统硬件设计

本文提出的无线倒车后视系统的框架结构如图1所示,系统主要由视频采集及无线传输、视频无线接收显示两大部分组成。位于汽车尾部的倒车CCD摄像头将采集到的视频信号通过无线发射模块传送到车内,接收模块将接收到的视频信号送至视频解码芯片进行A/D转换,将产生的YUV422格式的视频信号送至S3C2440的camera接口,主芯片通过LCD控制器将接收到的图像信息显示在TFT液晶屏上。

1.1 嵌入式处理器简介

本系统采用了三星公司的S3C2440芯片,它是一款基于ARM920T内核,主频可达400MHz的多功能、低功耗嵌入式处理器。具有丰富外设,集成LCD控制器、USB、SD/MMC控制器以及触摸屏、Camera接口,被广泛应用于车载GPS上。

1.2 视频采集及无线传输模块

本系统采用倒车后视摄像头采集图像信息,输出模拟视频信号给无线发射模块。摄像头与无线模块的电源与倒车灯电源相连,当汽车换成倒档时,摄像头和无线模块上电后开始工作,采集汽车尾部的路况图像信息并源源不断的传送至车内的接收模块。

1.3 视频接收显示模块

本系统采用CCD摄像头,由于CCD摄像头输出模拟信号,S3C2440不能直接处理,因此必须先将接收到的模拟视频信号转换成数字信号,才能传送给主芯片进行显示。本系统使用TI公司的TVP5150作为视频解码芯片,将输入的模拟视频信号转换成YUV4:2:2格式的数字视频信号并通过camera接口传送给主芯片。主控芯片通过I2C总线读写解码芯片的寄存器对其进行控制。系统采用3.5寸液晶屏显示图像,分辨率为320x240。

2 系统软件设计

本系统采用ADS1.2开发工具进行软件设计,主要由系统初始化、视频图像采集和显示等几部分组成。

系统上电运行后,首先初始化S3C2440处理器的LCD、I2C和CAMIF等模块,并通过I2C接口初始化解码芯片,选择TVP5150的A通道作为输入端,设置为自动场频检测,输出格式采用ITU656标准,输出YCbCr4:2:2格式的图像数据。TVP5150初始化成功之后,开始工作,当检测到有效视频信号后,会自动进行转换,并发出场有效信号,本设计以该信号为有效视频信号,当camera接口检测到信号后,将视频数据进行处理,通知ARM数据已经进入camera的DMA中,本设计采用P-path,将数据直接写入显示的缓冲区中,此时会自动将YUV数据格式转化成RGB格式,方便之后在LCD上的显示。

3 实验结果

软硬件调试成功后,对系统进行测试,系统上电运行后,CCD摄像头采集到的图像信息在LCD上实时显示的结果如图4所示,实验表明,无线倒车后视系统运行良好,LCD屏显示的图像清晰稳定,基本达到了设计要求。

4 结论

本文介绍了一种基于S3C2440的无线倒车后视系统,利用无线视频传输技术简化了目前的倒车后视系统,在解决倒车盲区问题的同时,可以方便快捷的安装在没有倒车后视系统的汽车上,由于采用S3C2440微处理器,可以很好的和市场上主流的车载GPS系统结合起来,增强产品的功能和竞争力,方便用户的使用。

摘要：随着经济的快速增长,我国汽车数量不断增加,停车和倒车问题成为困扰驾驶员的一大难题,针对这一问题,本文设计了一种基于S3C2440处理器的无线倒车后视系统来提高倒车和停车的效率及安全性。系统通过车尾部的摄像头采集图像信息,无线发射模块将视频信号传送至车内的接收模块并在LCD上实时显示。

关键词：嵌入式系统,倒车后视,S3C2440

参考文献

[1]S3C244032-BIT RISC MICROPROCESSOR USER'S MANUAL PRELIMININARY[S].2004.

[2]TVP5150PBS Ultralow-power NTSC/PAL Video Decoder Data Manual[S].2006.

[3]刘昌举,戴基智,龙再川.基于嵌入式Linux和S3C2410的远程CCD图像采集系统[J].半导体光电.2004:777-779.

[4]熊茂华,杨震伦.ARM9嵌入式系统设计与开发应用[M].北京:清华大学出版社.2007.

[5]王黎明,陈双桥.ARM9嵌入式系统开发与实践.[M].北京:北京航空航天大学出版社.2008.

[6]杜晓,张重雄.基于SOPC技术的车辆电子后视镜系统设计[J].2008,24(8):29-30.

[7]牛犇,梁山.基于S3C2440的矿车防撞预警系统设计[J].2008,29(8):82-86.

倒车影像系统 篇3

随着汽车保有量的增加,现代汽车技术发展的主要方向是安全、环保与节能。从市场分析情况看,现在各个国家对汽车安全要求越来越高,TPMS作为汽车主动安全系统,技术逐渐成熟,对保障汽车行驶安全有重要作用。

倒车雷达,又称泊车辅助系统,或称倒车电脑警示系统。它是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置,由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。它能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况,解除了驾驶员泊车、倒车和启动车辆时前后左右探视所引起的困扰,并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷,提高驾驶的安全性。

早期的倒车雷达以台湾产品为主,但随着这方面技术的逐渐透明化,内地生产倒车雷达的厂家越来越多,可选择的品牌也日趋丰富。但是,这些品牌都是单一功能的倒车雷达;倒车雷达主机安装在汽车尾部,显示部分安装在仪表盘附近,布线麻烦,需要拆装汽车内饰。

在《汽车电子的未来发展》一书中把倒车雷达作为汽车的安全保障加以强调,而作为事前安保型的TPMS也是汽车安全的重要部分,如果将倒车雷达的接收、显示和TPMS的接收器合二为一,成为一种多功能的产品,就可以避免安装两套接收系统的繁琐,减少了一个显示器,节约了汽车电能,节省了汽车空间,减少了开车时的视觉污染。

鉴于TPMS的市场现状和倒车雷达的技术稳定,人们对汽车安全的追求,无线倒车雷达与TPMS的二合一系统设计被提到了日程,显现出了更多的优点:安装方便、信号可靠、节约成本。

1 系统设计

1.1 系统构成

系统由一台安装在驾驶室仪表盘附近的接收显示器、四个安装在轮胎内的无线发射器、四个安装在汽车尾部的探头、一台安装在汽车后备箱的无线倒车雷达主机组成,其框图如下:

1.2 工作原理

当汽车行驶时,实现轮胎压力监测功能,轮胎内的发射器实时监测轮胎的压力、温度,通过射频信号送到驾驶室内的接收显示器,接收显示器处理压力、温度信息,并在压力温度出现异常时进行声、光、数字显示报警。

驾驶者在倒车时,将汽车的挡位推到R挡,启动倒车雷达系统,安装在汽车尾部保险杠上超声波探头发射超声波信号,当遇到障碍物时,产生回波信号,探头接收到回波信号后经倒车雷达主机进行数据处理,利用超声波测距原理,判断出障碍物的位置,然后由倒车雷达主机的发射电路将信号通过无线方式传输给接收器,接收器的显示屏显示距离并发出不同频率的警示信号,从而使驾驶者倒车时做到心中有“数”,使倒车变得更轻松。

2 系统硬件设计

2.1 接收器

接收器由高频信号接收电路、单片机、显示器、指示灯、蜂鸣器、实时时钟电路等构成。接收器的工作频率为433.92MH,用来接收射频数据。接收器工作电源为直流12V~24V,直接使用汽车的电源。

高频信号接收电路采用MC33594,单片机采用MC68HC908GT16,此款单片机与MC33594接收电路通过FSK方式进行通讯,利用SPI协议完成数据的传递,MC33594与MC68HC908GT8之间的数据传输速率是9600波特率。

实时时钟电路采用SD2000,该电路内部有电池,可维持时钟5-10年,时间出厂时校准,年误差小于2.5分钟,2K存储器可供故障信息存储,显示器采用点阵式液晶。

2.2 发射器

发射器主要由具有压力、温度、加速度、电压检测功能的传感器SP12、微处理器+RF发射芯片MC68HC908RF2、晶振、锂电池组成。

传感器SP12是针对TPMS应用设计的,具有压力、温度、加速度、电压检测的智能传感器。硅压阻式压力传感器采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路,具有较高的测量精度、较低的功耗。SP12还包含了加速度计,实现了对汽车运行状态的检测,传感器模块可按汽车的运动速度自动智能确定检测周期,节省电能。

单片机采用M C 6 8 H C 9 0 8 R F 2,MC68HC908RF2由两部分功能块组成,包括带有2KB Flash的HC08单片机和用于射频传输的控制芯片MC33493,集成度高,功耗低,性能可靠。MC68HC908RF2射频传输部分的工作频率为433.92MHz,该频率位于为工业、科学和医疗应用而保留的ISM频段内。

电池采用锂亚电池,该电池空载电压3.6V,负载电压3.4V,放电平稳,自放电极低,高低温特性较好,是针对TPMS应用生产的一款电池,目前在国内处于领先水平。

2.3 无线倒车雷达主机

电路采用专门的倒车雷达模块-T8224,它外围元件少,性能优异,工作非常稳定,与探头匹配极好。此模块集成了单片机部分、超声波电路部分和控制部分。4个探头探测到的各自距离数据以串行方式送出(单线输出,数据经过编码,数据包中加入最近距离方位指示)、由最近距离数据所控制的变频蜂鸣音驱动、由最近距离所控制的3色LED驱动。

其无线发射部分采用系统中发射器的工作原理,将模块T8224接收处理的数据通过无线方式发送到系统接收器。

2.4 倒车雷达探头:

超声波探头是实现声、电转换的装置,又称超声换能器或传感器。它能发射超声波和接收超声回波,并转换成相应的电信号。由超声波传感器、硅胶减震器、塑胶外壳三部分组成。

3 系统软件设计

3.1 发射器软件流程(如下图所示)

3.2 接收器软件流程(如下图所示)

4 系统功能

4.1 TPMS功能

1)超压报警:轮胎气压超过超压设定值时报警

2)欠压报警:轮胎气压低于欠压设定值时报警

3)超温报警:轮胎温度超过超温设定值时报警

4)快速报警:轮胎快速漏气时报警

5)查阅功能:阅读当前的轮胎压力、温度值、报警记录

6)存储功能:存储最近的200条报警记录

7)设置功能:设置压力、温度报警值及压力、温度单位

8)时钟功能:免调整的实时时钟

9)电池电量和压力显示:以图形方式显示发射器中电池电量和轮胎压力值

4.2 无线倒车雷达功能

1)大屏幕液晶数字显示车后最近障碍物的距离和方位

2)信号无线传输,避免拆装汽车内饰

3)嵌入式安装探头,多种颜色选择,犹如原装配置,美观牢固

4)五级渐变报警声音提示

5)渐进线条显示车后障碍物距离,直观、清晰

6)红、绿双色灯提示

7)双角度探头探测,减小倒车时的盲区

5 结束语

无线倒车雷达与TPMS二合一的系统设计,为其它汽车电子应用提供了较好的集成方案。给多功能、单显示的汽车电子产品提供了更进一步的启发,包括:GPS功能、汽车后视镜功能、汽车VCD功能、汽车行驶记录仪功能等。无线倒车雷达与TPMS二合一的系统设计已经开始转变为产品进行生产销售,此款产品的生产应用,使汽车电子在汽车安全方面得到了更广泛的应用。产品在销售应用过程中,得到了终端用户的好评。

参考文献

[1]王宜怀.单片机原理及其嵌入式应用教程[M].北京希望电子出版社.

[2]刘慧根,程建平,龚光华,王云飞,许庆丰.Motorola微控制器MC68HC08原理及其嵌入式应用[M].清华大学出版社.

倒车影像系统 篇4

首先, 超声波传感系统中的发射装置在单片机控制系统下以一定频率发射出超声波, 同时单片机的T0计数器开始计数, 当检测到回波信号后单片机的T0计数器停止计数。测得的时间和声速相乘就可以得到超声波往返过程中走过的路程, 汽车与障碍物之间的距离则为所测距离的一半, 记数的时间为t0, 超声波在介质中的速度为v, 距离为s, 则:

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2 温度测量系统对温度的测定

据试验分析, 在同一介质中波的传播速度主要受周围环境温度的影响, 为此, 在该雷达倒车系统中安装了红外线温度测量仪, 利用一线性数字温度计, 即带有红外线的集成温度传感器, 在单片机的控制下可对汽车周围的环境温度进行实时监测, 该数字式红外线温度传感器能够直接将测量的温度值转换成电信号, 传送给中央控制器进行分析, 从而计算出当前的波速。电路连接如图1所示, 在温度为undefined的空气中, 声波的传播速度v为:

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绝对温度与摄氏温度之间的关系为:T (K) =t+273.15。

式中:T为绝对温度, 单位为开尔文 (K) ;v0=331.45 m/s

3 单片机控制系统

系统控制部分的核心是ATMEL公司生产的AT89C51。AT89C51是一种内部由CPU, 4 KB的ROM, 256 B的RAM, 2个16位的定时/计数器T0和T1, 4个8位的I/O端口和一个全双工串行通信口等部分组成的低电压、高性能CMOS 8位单片机, 该单片机采用40引脚的双列直插式封装 (DIP) 形式。AT89C51单片机具有系统结构简单, 成本低, 可靠性高, 低功耗等特点。单片机实物和引脚排列如图2所示。AT89C51单片机是整个系统的核心部件, 其作用是控制超声波集成芯片的发射和接收, 控制温度测量仪对外界温度的监测, 对计时器的计数结果进行数据处理, 然后将处理信号经显示系统显示在LCD液晶屏上, 以及控制语音报警电路工作等。

4 超声波发射和接收电路

在该设计的雷达倒车系统中将采用超声波专用集成电路LM1812作为超声波发射和接收电路的主控芯片, 其连接电路图如图3所示。

LM1812是一种通用型超声波收发器, 在日常生活中主要用于各种距离测试、定向和通信等。芯片包括1个脉冲调制C类发射器, 1个高增益接收器, 1个脉冲调制检测器及噪音抑制电路。LM1812第1脚外接L1, C1决定了电路发送或接收的工作频率, 其工作频率为:

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适当地改变电路中的电感L1, 电容C1的值可以改变电路发射的声波频率。当LM1812的8脚为高电平时, LM1812处于发射模式;当8脚为低电平时, LM1812处于接收模式。在单片机的控制下, 当LM1812处于发射模式时, L1, C1振荡槽路被切

换为振荡模式, 振荡信号经驱动放大后, 由13脚及6脚输出。电路中的变压器线圈的匝数比大约为4∶1时可实现与超声波发送器阻抗相匹配。超声波接收器接收到的超声波信号经电耦合由4脚输入, 再经内部两级放大后同由1脚的谐振回路取出的信号一起送到检测器。当检测到超声波回波信号时, LM1812的14脚 (与单片机的INT0端相连) 变为低电平, 使控制系统中的单片机的T0计数器停止计数, 由开始计数时间和停止时间测得整个声波传输所用时间t0, 从而测出汽车与障碍物的实际距离, 然后由控制系统将其转换为相应的电信号和语音信号输送到显示系统中。

5 LED语音显示系统

在设计LED语音显示系统时, 采用了OCMJ12232C3液晶显示模块, 此液晶模块内含字库, 能非常方便地显示汉字, 同时还能进行语音提示功能。OCMJ12232C3液晶和单片机AT89C51的接口电路如图4所示, 其中OCMJ12232C3液晶的15脚接地, 采用串口通信方式。显示内容包括倒车距离和车外温度两部分, 测量时的距离以dm为单位, 精确到0.1 dm;温度以℃为单位, 精确到0.1 ℃。倒车时, 雷达系统将会根据实际情况体现不同的功能, 当汽车尾部与障碍物距离大于5 m时, 将默认为是安全状态, 液晶显示“安全”标志, 在5 m和2 m之间时则进入实时监测状态, LED屏幕上面显示实测距离, 同时距离每缩短0.5 m, 语音将自动提醒一次;当小于1 m时, 系统发出声音报警功能, 在不断靠近障碍物时, 单片机向其端口发出PWM脉冲, 随着距离的减小, 通过控制PWM脉冲频率使蜂鸣的频率加剧, 直到驾驶员缓慢准确的停车后, 此时语音系统自动发出“您已将汽车安全停靠, 谢谢!”

6 结语

本文研究探讨了一种倒车雷达的设计方案, 利用超声波穿透力强, 衰减缓慢等特性, 实现了无接触测距;采用高精度温度传感器系统可实现对超声波测距系统的温度测量和补偿。该方案可以达到较高的采集速率和测量精度, 并且具有温度自动校正功能。在驾驶员倒车时可以通过液晶屏清晰地显示障碍物与车尾的实际距离, 能有效的改善驾驶员坐在汽车内时视野狭窄的缺点, 在一定程度上避免了倒车造成的事故隐患。

摘要：超声波倒车雷达系统是一种汽车停车或者倒车时的安全辅助装置。介绍了该系统能利用超声波实现无接触式测距, 同时以语音提醒并结合直观的图像显示告知驾驶员周围障碍物的情况, 有效地帮助驾驶员扫除视野盲区, 避免汽车倒车过程中发生碰撞。

关键词：超声波,倒车系统,单片机

参考文献

倒车影像系统 篇5

汽车作为人类的代步工具、运输工具,在现代人的日常生活中起着越来越重要的作用,因此近几年来汽车数量急剧增加。随着汽车数量的增多,交通变得越来越拥挤,驾驶员在驾车时,由汽车行进、转弯、倒车或者在视线不好的情况下引发的交通事故时有发生。为了人类生命和财产安全,需对汽车的安全性提出更高的要求。本文介绍一种基于单片机的汽车倒车提示及测速系统。

2 整体设计及原理

汽车倒车提示及测速系统的基本原理:系统设置有启动、加速、减速、倒车、停止按钮。当按下启动按钮时,汽车自动向前行驶;按加速按钮时,汽车加速一档行驶;按减速按钮时,汽车减速一档行驶(本系统设置了三档加减速);按倒车按钮时,汽车自动倒车;按停止按钮时,无论在什么状态,汽车立即停止。在汽车向前行驶的时候,由安装在电机转子端轴上的光电开关检测出信号,并送往单片机进行速度计算,再通过LCD显示器显示出当前的速度值;当汽车倒车时,由安装在汽车尾部的超声波发射电路发出超声波信号,一旦信号遇到障碍物时就反射回同样安装在汽车尾部的超声波接收电路,由已经编程好的单片机记录发射和返回的信号,及时进行处理,并计算出汽车尾部与障碍物间的距离,再由系统软件控制将距离值送到LCD显示器进行显示,同时系统会发出声音报警提示,若距离等于预先设置的阈值时,自动停车。系统构成如图1。

3 硬件电路设计

本系统的硬件由单片机电路、超声波发射电路、温度检测电路、超声波接收电路、直流电机控制电路、转速检测电路、显示电路、提示音电路以及电源电路等组成。

3.1 单片机选择

单片机虽然种类很多,但根据够用、好用,能满足本系统需要实现的功能的原则,本文选择性能高、的AT89C51单片机。在编程方面,AT89C51除可按常规方法编程,还可以进行在线编程。将通用的微处理器与Flash存储器结合在一起,尤其是与可反复擦写的Flash存储器,可有效地降低开发成本[1]。

3.2 测量车距电路

3.2.1 超声波测距的基本原理

本系统在倒车时利用超声波方向性好,呈射线定向传播,不会受外界的光以及电磁场等因素影响的特点,选用超声波进行倒车距离测量。超声波测距的基本原理:超声波发射器不间断地发射出40kHz的超声波,当遇到障碍物时反射回反射波,一旦超声波接收器接收到反射波时,就将其转变成电讯号。只要检测到发射波和接收波的时间差Δt,就可求出距离S。根据温度每升高1℃,声速增加0.6 0 7 m/s,声速V与现场环境温度θ的关系为:V=331.5+0.6070θ[2]。所以,只要能测得超声波发射与接收回波之间的时间差Δt及现场环境温度θ,便可计算出从发射点到障碍物间的距离S=VΔt/2。

3.2.2 温度检测电路

温度检测选用数字温度传感器DS18B20,它能直接将所检测到的温度转变成数字量送入单片机P3.0,接口非常简单,还可省去了传感器调理电路和模数转换器。

3.2.3 超声波发射接收电路

单片机信号P3.4经过开关接到非门芯片4069的输入端,反相后得到的反相与非反相信号分别经过两个并联的非门驱动以后去驱动超声波发射探头,P3.4输出的是由单片机编程产生的40KHz信号。

超声波接收探头接收到的超声回波为正弦波信号,将其送入CX20106A芯片进行带通滤波和放大整形后,输出的方波送入单片机的外部中断0引脚INT0,一旦单片机检测出超声波发送与超声波接收间的时间,结合检测的温度,就可计算出距离。超声波发射接收电路如图2所示。

3.3 直流电机控制电路

单片机信号P1.6,P1.7经过光电耦合器隔离后控制由三极管组成的H桥电路,这样电机便可获得方向可变的电流,从而带动电机正转或反转,电机的速度采用PWM方式控制,只要控制占空比大小就可电机的转速。

3.4 转速检测电路

3.4.1 转速检测基本原理

由于槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体,并且它能分辨出透明与半透明物体,使用安全可靠,无需调整光轴[3],所以本文采用它测量电机转速。槽式光电开关采用U字型结构,发射器与接收器分别置于U型槽的两边,且形成一光轴,当被检测的物体经过U型槽并阻断光轴时,接收器便感应出相应的电信号。本文制作了10孔的遮光圆盘,安装在电机的转轴上,当圆盘转动时,光电开关就产生脉冲信号。

3.4.2 转速检测电路

本文采用频率测量方法,只要在固定的时间内记录到转速传感器产生出的脉冲个数,即频率,用单片机中断口1进行脉冲个数采集,就能计算出实际的转速。转速检测电路如图3。

3.5 显示电路、报警提示电路

报警提示电路:由集成块555芯片与外围元器件组成的振荡电路起振,产生出的信号供三极管进行放大,再由蜂鸣器发出报警提示音,声音大小可通过与蜂鸣器连接的滑动变阻器调节。在需要报警器发声时,相控制端写入高电平,不需要时写入低电平即可。

显示电路:采用LCD 1602作为显示器。因为液晶显示器是数字式的,和单片机系统的接口更加简单可靠,操作方便、显示质量高、体积小、重量轻、功耗低。LCD与单片机通过P0口并行通信。

3.6 电源电路

外接+12 V电源,给直流电机控制电路提供+12V电源;经过变压后,输出+5 V的VCC电源提供给单片机,只有在倒车时,才给超声波接收电路,提示音发生器提供+5V电源。

4 系统软件的设计

根据汽车倒车提示及测速系统的功能,设计的系统软件要完成的功能:首先检测哪种按键按下,判断是需要启动、加速、减速、倒车还是停车。在汽车前进时要驱动直流电机正转、能进行加减速运行、测出并显示汽车行驶的速度,在倒车时首先要对温度的采集,确定出此时超声波的速度;控制超声波的发射与接收;计算出超声波发射与接收间的时间差,从而计算出汽车并显示尾部和障碍物间的距离;倒车报警提示开启;同时要比较汽车尾部和障碍物间的距离与预先设置的阈值大小确定是否停车。该系统软件采用模块化编程,整个系统软件包括主程序、按键检测子程序、温度测量子程序、启动子程序、停车子程序、速度计算子程序、距离计算子程序、超声波发射子程序、超声波接收子程序、显示子程序、报警子程序等模块,其程序流程如图4所示。

5 结束语

本文设计了测速系统,并通过LCD实时显示出速度,有利于人类更加直观地了解到汽车的行驶速度;此外还考虑到环境温度对超声波的传播速度的影响以及人的视觉角度缺陷等因素,设计了超声波测距系统;为了在倒车时提醒行人,避免交通事故的发生,设计了倒车提示警告。实验证明,该系统很好地达到了设计要求。

摘要：介绍了一种基于单片机的汽车倒车提示及测速系统,该系统采用AT89C51作为主控制器,利用超声波测距以及光电开关测速原理,实现汽车倒车提示及测速功能,并给出了系统的硬件电路及软件部分设计。实验表明,该系统具有结构简单、操作方便、成本低等特点。

关键词：单片机,超声波,光电开关

参考文献

[1]郝建国,郑燕,薛延侠.单片机在电子电路设计中的应用[M].北京:清华大学出版社,2006.

[2]戴曰章.基于超声波测距的汽车倒车报警器设计[J].自动化与仪器仪表,2006(3):27-28.

倒车影像系统 篇6

随着社会经济和工业技术的发展,交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大幅攀升。交通拥挤状况也日趋严重,撞车事件屡屡发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济损失; 针对这样的情况,设计出一种响应速度快,可靠性高且经济的汽车倒车监控雷达系统是势在必行的,超声波测距法是最常见的一种距离测距方法,应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离,低速状况,以及在汽车倒车防撞报警系统中[1]。超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方与障碍物距离,并通过一些声光提醒方式,做到提醒驾驶人员的作用[2]。

由于各种交通事故的频繁发生,为了避免不必要的经济损失,致力于开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置,从而减少驾驶员的负担和错误判断,对于提高交通安全将起到重要的作用[3]。显然,此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景,本文设计车载倒车雷达监控系统实现了增大监控范围和减小监控盲区的优势,从而从最大程度上保证了驾车的安全。

1 系统总体方案的设计

1. 1 系统的设计思想

本系统采用低功耗16 位的TI单片机MSP430F149 作为本设计的核心元件,利用超声波测距原理、外部中断控制原理和单片机串口通信等原理[4],来实现一种具有五个超声波模块作为汽车倒车雷达监控系统,用来测量车身与障碍物之间的距离,通过设定的安全距离来确定车身的安全状态,如果车身离障碍物的距离小于安全距离,系统会驱动扬声器和蜂鸣器以不同的报警方式进行协同报警提醒驾驶员。系统电路板子可以通过液晶实时地显示五个不同超声波模块测得的距离,用户还好可以根据自己的理想情况在本系统的程序中设定不同的安全距离; 在本系统的电路设计中主要包括: 单片机最小系统电路、液晶显示电路、语音模块电路、串口通信电路和超声波模块驱动电路[5]; 超声波模块采用收发分开超声波模块,语音模块电路采用语音芯片ISD4004 作为核心语音芯片。本文所设计的车载倒车雷达监控系统安装在车身的简易示意图如图1所示。

1. 2 系统设计的具体要求

本文所设计的系统需要能够实现减小监控盲区,增加测距精度的功能,同时与市面上同类产品相比要具备更高的稳定性和灵敏度、更低的功耗和成本等优势[6]。因此在系统的设计上首先需要达到如下的基本要求:

1本系统的设计能够实现五个超声波模块测得距离在液晶模块上实时显示。

2可以通过语音模块播报五个超声波模块实时的监控距离,并且通过有效的措施解决影响超声波测距精度的问题,使得测量的距离更加精确。

3蜂鸣器能够实现发出不同声音频率的报警。4无论哪个超声波模块测得的距离小于设定的最小安全距离,语音模块电路都会驱动扬声器进行语音报警。

5语音模块能够根据用户的需要实现录制不同的语音。

6该系统能够通过USB接口与电脑进行串口通信和程序下载。

7系统需要较高的稳定性和灵敏度。

2 硬件电路的设计

2. 1 超声波模块电路的工作原理

超声波模块由单片机控制进行测距工作,该模块可以产生40k Hz的方波,直接驱动CD4049 芯片,后面的CD4049 则对40k Hz频率信号进行调理,使超声波传感器产生谐振[7]。由单片机负责计时操作,因为在本设计中单片机采用的晶振是12. 0MHz,所以系统的测量精度理论上可以达到毫米级。

超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340 米( 环境温度在15℃时) 。t1是超声波发射的时间,t2是超声波返回的时间,t2- t1得出的是超声波接收与发射的时间差,假设t2- t1=0. 02s,则有0. 5 × 340 × 0. 02 = 3. 4m。由于在这10. 2 米的时间里,超声波发出到遇到障碍物物反射回来从而测得与障碍物的距离的测距原理如图2所示。

由于超声波测距会受环境温度的影响,因此需要根据环境温度对声速进行温度补偿,因此上述测量结果存在一定的误差; 但本文设计的新型车载倒车雷达监控系统要求灵敏度高和监控距离精确,声速的补偿公式和精确的距离测量公式如下所示:

式中: C为超声波声速; T为环境温度; L为测量距离; t1和t2为超声波发射与接收的时间。

关于超声波模块驱动电路这部分设计主要是利用MSP430F149 单片机P1 每个I/O口都具有中断控制功能,因此将五组超声波模块接收回来的信号分别送到单片机的P1. 3 - P1. 7 口上; 通过P5. 0 -P5. 4 来触发五组超声波模块发射40k Hz频率的超声波。五组超声波模块接口电路原理图如图3所示。

2. 2 影响测量精度的因素

1发射、接收时间对测量精度的影响及解决方案

对于接收到的回波,超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减,其衰减成指数规律[8]。

设测量设备基准面距被测物距离为h,则空气中传播的超声波波动方程为:

则超声波在传播过程中有衰减并且频率越高,衰减越快,但频率的增高有利于提高超声波的指向性。

由此知超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大,接收到的信号的幅值可能十分小,所以想要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接收时间,必须对收到的信号进行幅值放大及比较后才能传给单片机( MSP430F149) ,否则不能正确地判断回波时间进而对超声波测量精度产生影响。

2温度对测量精度的影响及解决方案

声波在大气中传播的速度受介质的温度、密度及气体分子成分的影响,由公式( 4) 可知在空气中,声速只决定于气体的温度,因此获得准确的当地气温可以有效地提高测距时的测量精度。式中C0= 331. 4 m / s。在实际情况中温度每上升或者下降1℃ ,声速将增加或者减少0. 607m /s。本设计使用软件温度补偿,采用温度传感器,对外界温度进行测量。

2. 3 ISD4004 语音模块电路设计

在本设计中所设计的ISD4004 语音模块是采用ISD4004 - 08MP为核心的语音模块,具有8M的存储容量,该模块有咪头和扬声器驱动电路具有录音与放音的功能。ISD系列具有抗断电、音质好、使用方便、无需专用的语音开发系统的特点。测量数据经过单片机软件处理后,单片机发出语音地址和放音控制指令,同存储在语音芯片内部的语音地址进行比较,当两者相匹配时,最后由语音电路,并通过扬声器报出测量结果[9]。

2. 4 系统硬件电路的总体设计

在本设计中硬件电路的总体电路包括: MSP430单片机最小系统电路[10]、液晶显示电路、超声波模块电路、ISD4004 语音模块电路、蜂鸣器和发光二极管报警电路以及电源电路和下载接口电路,本设计电路具有录音与放音功能、超声波测距报警以及程序下载等功能,当超声波测到的距离小于等于55cm大于30cm时蜂鸣器开始报警并且发光二极管点亮; 当超声波测到的距离小于等于30cm大于15cm时蜂鸣器报警并且绿色和红色发光二极管都被点亮; 当超声波测到的距离小于等于15cm时蜂鸣器报警,发光二极管都被点亮,同时进行语音报警提示,在整个测量过程中液晶都会实时显示当前的状态,并且蜂鸣器以三种不同的频率进行鸣叫。在本系统用五组超声波探头安装在汽车车身的不同位置,用于监控车身距离障碍物的实际距离并通过液晶实时显示,并且可以通过语音模块播报五个超声波模块实时地监控距离; 四个发光二极管的亮灭的不同情况代表不同超声波模块的报警情况,系统的硬件结构框图如图4 所示。

系统的硬件电路结构框图如图4 所示,系统的硬件部分主要包括: MSP430F149 主控芯片、串口通信电路、时钟与复位电路、声光报警电路、ISD4004语音模块电路、夜间显示电路、五组超声波模块收发电路以及电源驱动电路,它们共同构成了完整的倒车雷达监控系统的硬件电路部分。

3 系统的软件设计

3. 1 系统主程序的设计

本文所设计系统在程序设计过中主要采用的是IAR软件运用C语言来进行编写MSP430F149 单片机驱动程序的[11],该软件功能强大能够实现硬件在线仿真方便找出程序错误的地方,这点对于程序员在线进行调试程序来说是一个非常大的优点。本系统的主程序流程图如图5 所示。

因此本系统的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序、蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警子程序、液晶显示子程序及语音报警模块的驱动程序组成。其中超声波模块的驱动程序和语音模块的驱动程序的设计相对重要,因此下面着重对这两部分的程序的设计进行叙述。

3. 2 超声波模块驱动程序的设计

由于本系统的设计需要需要实现的是汽车倒车雷达监控的功能,即: 将五个超声波模块安装在汽车车身的不同部位用来测量车身距离障碍物的实际距离,并且同液晶进行实时地显示出来,从而可以让驾驶员快捷方便地了解到自己车身的情况。然后这五个超声波模块的程序设计是通过中断处理来实现的,利用MSP430F149 的P0 口的中断处理功能将超声波模块的接受端接到P0 的各个I/O上去,设置P0 口为输入电平触发中断的工作方式。由于它们处于同一个中断向量中,所以P0 的不管哪个引脚的电平发生变化都会进入该服务的中断子程序中去,单片机根据超声波测距公式进行监控进而处理不同的函数实现不同的功能。对于超声波模块接受超声波信号并初步计算距离的工作流程如图6所示。

3. 3 语音模块驱动程序的设计

语音模块部分的驱动程序主要有三部分子程序组成,首先语音驱动芯片ISD4004 上电延时TPUD( 8k Hz采样时,约为25 毫秒) 后才能开始操作,即发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令; 其次就是放音子程序,语音芯片会从此00 地址开始放音,当出现EOM时,立即中断,停止放音;最后就是录音子程序,语音芯片会从00 地址开始录音,一直到出现OVF ( 存贮器末尾) 时,录音停止[12]。在该部分程序设计中可以通过系统初始化程序和按键选择控制子程序来实现上述的功能。

4 系统的调试与实验分析

首先对系统的硬件和软件进行相应的调试,调试都成功后就要对系统进行综合调试,综合调试是对系统调试的至关重要的一步,只有在系统的综合调试成功后才能够对系统进行各项实验分析。对于系统的实验主要对其测距误差进行测试获取相应的数据,并对其进行分析判断其性能的优劣,对于本系统的安置在车身的五个探头与障碍物的距离进行了实际测量,获取测得距离并与实际距离进行对比,计算其测量误差,误差均小于1‰,满足系统的要求,抽取系统部分实验结果如表1 所示。

注:测量误差计算采用相对误差法

5 结束语

本文所设计的新型车载倒车雷达监控系统是以MSP430F149 单片机作为系统的控制核心,采用五个超声波收发模块安置在车身的不同部位以满足一定的监控范围,采用超声波探头发射和接收分开的超声波模块作为基本的监控措施系以达到减小监控盲区的作用,统经过反复的调试达到了预期目的,可以利用ISD4004 语音模块进行反复录音与放音的操作,板载的语音芯片可以最多录制八分钟的语音; 可以通过语音模块播报五个超声波模块实时地监控距离; 液晶可以实时显示相关测量和报警信息,达到一目了然的效果; 蜂鸣器和发光二极管可以通过超声波模块测得不同距离而进行不同报警方式,在本系统中主要设置了在30cm ~ 55cm、15cm ~ 30cm和0 ~ 15cm三个距离范围内进行不同的报警方式,在距离0 ~ 15cm时ISD4004 语音模块进行语音协同报警; 本文还分析并解决了影响超声波测距精度的问题,并且利用到系统中来,使得系统的测距精度达到1mm误差小于1‰从而使得倒车监控雷达测距更加精确,五个超声波模块能够有条不紊地进行监控距离的测量; 并且能够实时地提醒驾驶员车身距离障碍物的情况。该系统具备测距精度高、稳定性高、灵敏度高、功耗低和成本低廉等特点,适合安装在各类汽车上,另外本文所设计的系统还可以根据车辆所需要探头的数量及安置车身的位置进行相应的设置以满足需求,因此具有一定的推广意义。

摘要：针对目前普遍使用的车载倒车监控雷达存在一定的监控盲区和成本昂贵的问题,文中设计了一款采用MSP430F149单片机作为系统的控制核心,采用五个超声波收发模块安置在车身的不同部位以满足一定的监控范围,利用液晶进行实时地显示监控的距离,同时利用ISD4004语音模块和蜂鸣器作为系统的报警装置。文中分析并解决了影响超声波测距精度的问题,在监控范围内,车身与障碍物的距离小于设定的安全距离,蜂鸣器与语音模块会进行不同方式的报警。该系统将监控盲区缩短到2cm,测距精度高达1mm,且系统还具备稳定性高、灵敏度高、功耗低和成本低廉等特点,适合安装在各类汽车上,是一款性价比很高的车载倒车雷达监控系统。

关键词：监控盲区,MSP430F149,超声波模块,安全距离,测距精度

参考文献

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[3]刘鑫,朱靖玉.基于单片机的倒车雷达的设计[J].电子设计工程,2012,20(1):94-97.

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[7]刘升平,王剑,葛红.超声波测距系统的开发与研究[J].计算机工程与应用,2009,45(25):78-81.

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[9]高艳.ISD4004语音芯片在电话远程控制系统中的应用[J].科技创新导报,2011(9):11.

[10]曹晶.MSP430单片机C程序设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[11]谢措,赵建.MSP430系列单片机系统工程设计与实践[M].北京:机械工业出版社,2009.

倒车影像系统 篇7

关于驾驶人考试的考试标准, 公安部已经出台了123号令, 其中考试内容变化最大的就是驾驶人科目二考试标准, 由原先的3+1或3+2变为现在的必考5项。为了避免作弊, 提高考试的公平公正, 要求科目二考试全过程 (即每一个考试科目) 都要采用计算机全自动评判, 而人工评判只起辅助作用。

2 考试项目“倒车入库”考试评判规则

本文为什么只选择“倒车入库”这一个考试项目进行分析与设计?原因很简单, 在科目二考试的所有项目中“倒车入库”这个项目最为复杂。如果这个项目, 我们设计思路简单可行, 那么其他的就更不在话下了。

首先, 我们来分析一下“倒车入库”的考试规则。我们先看图1所示, 考试规则是考车从图1中 (1) 位置倒车到 (3) 位置, 再从 (3) 位置前进开到 (2) 位置, 再从 (2) 位置倒车到 (3) 位置, 最后从 (3) 位置前进到 (1) 位置, 考试结束。

考试期间, 前进后退要求一次性完成, 不得中途停车。车身不得压线。两次倒库要求入位。图1中的 (1) (2) 处的两条虚线为停车控制线, 公安部的解释是要求考车停在控制线上有效。

总结一下规则就是两次倒车, 两次前进, 俗称是两退两进, 要求一气呵成, 不得中途停, 倒车入位, 不得压线。

3 考试项目“倒车入库”考试评判规则数学模型分析

整个考试评判的过程为电子评判, 这就要把考试规则数字化, 模型化, 简单化, 并分解每一个步骤。

我们先把“倒车入库”的场地特点描述一下。如图2所示。我们把“倒车入库”场地分为了3个部分 (1) 、 (2) 、 (3) , 其中点1、2、3、4围成的矩形区域为起始区域 (1) , 点4、5、6、7围成的矩形区域为库位区域 (3) , 点7、8、9、10围成的矩形区域 (2) 。这样, 我们就可以用数学中的图形及位置点准确描述“倒车入库”的场地特征了。为了便于描述, 我们约定“ (1) 区域”表示由点1、2、3、4围成的矩形。同样表示 (2) 区域, (3) 区域。

现在有了“倒车入库”场地的数学模型及考试规则, 还缺一个重要的因素, 那就是考车模型。考车模型实际上就是考车的轮廓模型, 当然我们指的轮廓不是三维的, 而是考车垂直到地面的投影, 考车投影大致如图3, 我们可以看出, 图3中的考车基本上由多段圆弧和直线围成, 而且是一个封闭的图形。这样我们就可以用多个点近似的描述这个考车模型。如图4, 这样我们就可以把8个点围成的封闭图形用作考车模型, 当然添加更多的点可以描绘的更加精确, 但工作量也随之加大了。考车的模型还需要把倒车镜与四个轮胎的垂直投影也考虑进去, 因为在其他的考试项目中会有“车轮压道路边缘线”的扣分, 在这个考试项目中, 我们只考虑车身与场地的相对位置。

4“倒车入库”自动评判流程分析

现在, 我们有了“倒车入库”场地特征模型和考试车轮廓模型, 接下来就是让车模型在场地模型中动起来, 并给出评判结果。这样整个评判的过程就变成运动的车模型图4在静止的场地模型图2中相对位置的问题, 如图5。

我们从考试要求规则中不难分析出, 两退两进中所有状态转变都是以停车为界, 而扣分“中途停车”也是停车信号为前提。所以, 我们可以把整个考试过程化为6个过程:项目评判参数初始化, 一退, 一进, 二退, 二进, 结束。

4.1 项目评判参数初始化

这一过程很重要, 因为我们的评判不是随着程序的运行结束而结束的, 而是随着车辆的行进, 一遍遍的评判行进过程中是否有违规现象。所以该记忆的状态要在该项目每次开始考试的时候初始化。初始化完成后改变行进状态为“一退”。系统将不断的依据当前的行进状态, 检查车辆与场地相对位置, 进行扣分评判。直到考试完成, 所以说我们的自动评判是不间断的连续的监视每一刻的位置与动作, 找出其中的违规, 直到考试合格。

4.2 一退

就是从 (1) 区域倒车开始到 (2) 区域位置停止的过程。首先, 从 (1) 区域, 倒车信号为“一退”行进状态的开始, 到停车结束。在“一退”的过程中, 车模型只能出现在图形1、2、3、4、5、6、7、10点围成的区域内, 如图6所示的阴影部分, 如果车辆模型与 (2) 区域有交集, 则扣分, 线路错。

4.3 一进

就是车辆从 (3) 区域前进到 (2) 区域位置后, 停止的过程。首先从 (3) 区域, 第一个前进信号为“一进”的行进状态开始, 到停车结束。

4.4 二退

就是车辆从 (2) 区域倒车到 (3) 区域位置后, 停止的过程。首先从 (2) 区域, 第一个倒车信号为“二退”的行进状态开始, 到停车结束。

4.5 二进

就是车辆从 (3) 区域前进到 (1) 区域的过程。首先从 (3) 区域, 第一个前进信号为“二进”的行进状态开始, 整个车辆进入 (1) 区域结束。

4.6 结束

就是“二进”状态已经完成, 当前项目还合格, 则当前考试项目结束, 等待进入下一个考试项目。

5“倒车入库”详细分析

我们就“倒车入库”举例, 把上述6个部分作一次详细分析。

5.1 项目评判参数初始化

这部分已经进行了分析, 就不再重复。

5.2 考试项目行进状态控制

每一个考试项目, 我们都设计一个函数, 就是“考试项目控制”, 整个项目的参数初始化和行进状态的改变以及控制都在这里实现。根据车辆的前进、停止、后退信号, 改变行进状态变量, 给其他评判提供依据。每调用一次“考试项目控制”函数, 都会把本项目的评判函数全部调用一遍, 结合当前的行进状态, 评判每一个时间的扣分情况。如果, 扣分情况已经达到不合格, 则本考试结束。如果当前依然合格, 则继续循环调用, 直到“控制函数”结束本项目。

5.3 扣分项“中途停车, 扣分1 0 0”检测过程分析

中途停车, 顾名思义, 就是在半路上停车。所以“中途停车”检测的条件是停车状态。其次是车辆是停在了不应该停的位置, 就需具体情况具体分析。这就用到了之前所述的“行进状态”。当“行进状态”为“一退”时, 车辆正常情况下应该是从图7中1、2、3、4所围成的区域倒车到4、5、6、7所围的区域内。如果在车辆完全进入4、5、6、7所围的区域内之前停车, 就应该是中途停车, 不过这里还有一个问题就是在图7中, 当车辆停在 (2) 位置时, 这时应算作“倒库不入”, 所以, 在“一退”时, 中途停车的条件是车身在1、2、3、4、7、10所围成的区域内。

当行进状态为“一进”时, 车辆正常情况下是从4、5、6、7所围成的区域内, 前进到7、8、9、10所围区域内, 且车身压8、9线。如果车辆在前进的过程中, 车身还没有压到8、9线就停车, 即为中停, 也就是“一进”时, 中停的条件是车身在1、4、5、6、7、8、9、10所围成的区域内停车且车身没有压8、9线。

当行进状态为“二退”时, 车辆正常情况应该是从7、8、9、10所围的区域倒车进入4、5、6、7所围的区域。如果在车辆完全进入4、5、6、7所围的区域内之前停车, 就是中途停车, 同“一退”一样, 当车辆停在 (2) 所示位置时, 应该算“倒库不入”。所以“二退”时, 中途停车的条件是车身在1、4、7、8、9、10所围的区域内。

当行进状态为“二进”时, 车辆正常情况应该是从4、5、6、7所围的区域前进到1、2、3、4所围的区域, 如果车身还没有完全进入1、2、3、4所围的区域就停车, 则为中途停车, 所以“二进”时中停的条件是车身在1、4、5、6、7、10所围的区域内。

5.4 扣分项“倒库不入, 扣分100”检测分析

倒库不入, 顾名思义, 就是车身有一部分已经入库, 但车身在没有完全入库前就停车了。所以“倒库不入”的检测条件也是停车状态。“倒车入库”中共有两次入库的过程, 分别为“一退”和“二退”时检测条件都为停车时车身与4、7线相交。即, 行进状态为“一退”或“二退”时, 车辆停车后, 车身与4、7线相交, 则为“倒库不入”。

5.5 扣分项“车身出线, 扣分100”检测分析

车身出线。顾名思义, 就是车辆在倒库与出库的过程中。车身压到了库位线。所以“车身出线”的检测条件是在车辆行进的过程中, 车身有没有与库位线先进。即, 在行进状态为“一退”“一进”“二退”“二进”时, 车身与4、5线相交或车身与5、6线相交, 或车身与6、7线相交。

5.6 扣分项“不按规定路线行驶”检测分析

“不按规定路线行驶”, 就是车辆不按预先设定的路线行进, 这个扣分项目同“中途停车”一样贯穿整个考试项目过程。

当行进状态为“一退”时, 如图6, 正常应该是从1、2、3、4所围区域倒车进入4、5、6、7所围区域中, 如果车辆出现在7、8、9、10所围的区域中, 就是“不按规定路线行驶”。即车辆出现在1、2、3、4、5、6、7、10所围的区域外且车身与1、2线不相交, 就是“不按规定路线行驶”。

当行进状态为“一进”时, 正常应该是从4、5、6、7所围区域前进进入到7、8、9、10所围区域内, 如果车辆出现在1、2、3、4所围的区域中, 就是“不按规定路线行驶”。即车辆出现在1、4、5、6、7、8、9、10所围的区域外且车身与8、9线不相交, 就是“不按规定路线行驶”。

当行进状态为“二退”时, 检测条件同“一进”, 只不过是倒车, 即车辆出现在1、4、5、6、7、8、9、10所围的区域外且车身与8、9线不相交, 就是“不按规定路线行驶”。

当行进状态为“二进”时, 检测条件同“一退”, 只不过行进状态为前进, 即车辆出现在1、2、3、4、5、6、7、10所围的区域外且车身与1、2线不相交, 就是“不按规定路线行驶”。

6 结语

所有扣分项就分析完毕了, 整个考试项目的规划与流程就全部转换为车辆数学模型与场地数学模型之间的图形与图形之间的计算。利用数学工具把图形之间的计算转化为线与图, 线与线之间的计算, 并利用计算机的超级计算能力, 计算车辆行进时的每一个位置的评判结果, 从而实现科目考试的全自动评判, 做到真正的评判公正与公平。

参考文献

[1]赵晓林.智能驾驶培训和考试服务系统[J].地理信息世界, 2014 (1) :91-96.

[2]吴超仲, 吴业福, 张丹.机动车道路考试系统智能评判方法与数据交换技术[J].付谭欢交通信息与安全, 2012, 30 (6) :1-5.