智能倒车系统设计*

赵恩惠，张晶晶，郅 慧，黄松源，杜智敏

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471023)

0 引言

汽车的出现给人们的出行带来了很大的便利，而且现在汽车的种类变得越来越丰富，功能也变得越来越齐全。汽车的出现可以追溯到1680年，当时的牛顿就想设计一款利用喷射蒸汽来提供动力的汽车，虽然由于当时的科学技术的限制，这个想法并没有成功，但是依然在一定程度上推进了汽车的发展。到了1879年，德国工程师卡尔.本茨首次成功设计了第一台二冲程发动机。七年后，他发明的机动车成功申请了专利，因此人们一般把1886年认为是汽车的元年，将卡尔本茨认为是汽车之父[1]。就是自此时起，汽车得到了空前的发展。目前的汽车除了安全性方面较之前有了很大的提升之外，在一些娱乐以及智能化方面也做的很出色。

随着汽车进入千家万户，许多停车场为确保更多的停车位，导致车位越来越小，倒车越来越难，因此提高倒车的安全性成了车主关注的问题，现在的方法主要有：1) 自动泊车系统；2) 全方位可视倒车系统。以上系统都能给倒车提供方便，但只是高级汽车才有[2]。现在已经有自动驾驶汽车的概念，虽然还没有得到大范围的推广，但依然受到了各方面的广泛关注。而且一点点小小的改动，都会引起大众的重视。研究智能倒车是汽车中一个重要的部分，对于驾驶员的安全驾驶以及人民幸福感的提高都有很大的帮助，对于一些刚拿到驾驶证的驾驶小白来说，开车出门倒车入库也是一个很大的问题。虽然可以通过驾驶技术的逐渐提高去解决这个问题，但是如果有一个倒车小助手一样的小助理帮助我们来做到这个动作，就会极大地方便我们的生活。

1 总体系统设计

该款设计要解决的问题为检测所要倒车入库环境下的路况信息，并且自行地判断在整个倒车的环境下是否有刮蹭的可能，并通过语音播报给驾驶人需要执行的动作，以及通过指示灯显示需要转动方向盘的方向。对于自动控制系统的实现，主要是由单片机以及传感器组成，由摄像头传感器将环境信息传递给单片机，通过单片机内部的处理，将指示信息通过语音以及指示灯显示出来。本设计的系统流程图如图1所示。

图1 系统流程图

本设计采用的单片机是带FlexIO的FRDM-K82F ，摄像头采用的是OV7670传感器。

2 系统硬件设计

主控模块：本次设计采用的主控模块是恩智浦freedom K82F，他是面向Kinetis K82、K81和K80 MCU的低成本开发平台。规格和Arduino Rev3引脚布局兼容。配置丰富的外设，包括6轴数字加速度传感器和磁力计，用于直接交互的3色LED和两个用户按钮，2x32Mb QuadSPI外部闪存，FLexIO摄像头接口，触摸板以及与Bluetooth和2.4 GHz无线电附加模块配套使用的接头，可实现快速原型设计。并且FRDM-K82F的Kinetis FLexIO(板载摄像头接口)从OV7670传感器获取数据图像，完全捕获图像后，中断将指示图像已准备就绪并存储在内存里，这时MCU就会处理图片信息，而在MCU处理图像时，Kinetis FlexIO将同时捕获下一个图像。如此处理方式，让FRDM-K82F成为实现这个项目的理想平台，成本非常低的图像处理平台。

检测系统：本次设计采用的是OV7670摄像头模块，300k像素的相机，OV7670图像传感器，体积小、工作电压低，提供单片 VGA 摄像头和影像处理器的所有功能。通过 SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率 8 位影像数据。该产品 VGA 图像最高达到 30 帧/秒。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等都可以通过 SCCB 接口编程。OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。

指示灯的设计：指示灯使用带控制器的WS2812B RGB LED制成，并使用泡沫板安装。使用WS2812B LED的原因是，仅使用微控制器中的一个简单GPIO控制，就可以具有很大的灵活性。指示灯的原理图如图2。

图2 指示灯设计原理图

3 系统软件设计

该设计需要完成的目标是检测倒车入库时的车况环境信息，并且判断是否有刮蹭的可能，并由此给驾驶人以提示信息以及语音播报提示，确保每次倒车入库的成功。其中的车况环境监测是由车身上的OV7670摄像头监测到的，并将监测后的图像数据传递给单片机，单片机经过内部的计算，给出指令指示驾驶员做出相应的动作。该项目的软件系统图如图3。

图3 软件系统流程图

4 总结

生活中，当驾驶员开始倒车入库时，可能会因为车位较小或车辆与车位较近，驾驶员无法准确地掌握方向盘转动的角度，而导致刮蹭产生一定的损失。假设此时能够有一个倒车小助手一样的语音助手，就能使驾驶人更加稳妥地倒车入库。并且该设计所需要的成本非常的低廉，结构也比较简单，该设计经过很多的测试，是有很大的可行性的。