新型智能外后视镜

丁星星，李晓洋，王挽月

（安徽三联学院，安徽合肥，230601）

1 后视镜的发展历程

初始的汽车上没有后视镜这种装置，在上世纪赛车比赛中都是一名驾驶者配一名观察者专门观察车辆后方的情况。在一次比赛中美国的赛车手瑞哈罗恩在自己的赛车两侧上设计了一种类似于后视镜的镜子并且在比赛时没有携带助手，在这种情况下瑞哈罗恩获得了比赛的胜利由此人们开始意识到外后视镜的作用。1914年出现首个后视镜被注册专利，之后外后视镜被广泛用于车辆辅助司机驾驶。进入二十一世纪自动化的要求变高，很多的事物趋向于智能化，所以在市面上出现了智能后视镜[1]。这种后视镜最早起源于国外，所以国内市场对于智能后视镜的研究居多，而真正对于智能后视镜的研究主要从2014年开始流行，有关的申请专利数量也在逐年攀升。2016年申请量达到了历史最高点之后其研究开始减少。所谓的智能后视镜，通常是指汽车的智能后视镜，其具有独立的操作系统与运行空间，可以由用户自行安装软件、游戏、导航等第三方服务商提供的程序，并可以通过WIFI或者移动通讯网络来实现无线网络的接入。一些消费者认为智能后视镜会为其提供便捷，所以基于智能后视镜的研究产生新的想法即新型智能外后视镜的研究。

2 研究背景

社会在不断的进步，出行方式也在更新从过去的步行、牛车、到现在的火车、飞机、动车、船只等。但是在人们出行选择最多的还是汽车，有数据表明截至2021年6月，全国机动车保有量达3.84亿量，其中汽车2.92亿量并呈现上涨的趋势。道路上的车辆变得越来越多带来环境污染的同时也带来了危险，每年因为汽车造成的伤亡人数不计其数。日常司机驾车过程是存在较大的视角盲区[2]，虽然外后镜的出现解决了一定的盲区，但不能够解决这一现象在行车中存在的危险。当下雨、雾霾等不理想的天气发生时，外后视镜所能看到的视野会缩小且变得模糊。另外在黑夜外后视镜的视野本就不太好，这时后车的大灯过亮不仅影响前车的视野同时还可能引起前车司机视力恍惚和眩晕感，或者阳光强烈车镜反光这两种情况下都会影响对外后视镜的使用无法体现其基本作用，这样无疑为行车带来了困难和危险。以上情况不仅在人们日常生活中的代步车中存在，也存在于货物运输的大货车，通常这样的货车司机在运输货物时都存在疲劳驾驶的现象，一方面是高速公路上可供休息的服务区较少另一方面货车司机有开夜车的习惯，而且车辆体积越大视野现象也就更加的明显[3]，故这类司机本身的危险性也就变得更大。基于以上的原因设计一种新型智能的外后视镜，在能给予司机提供方便的基础上去保证了其自身安全，大大程度上降低危险的发生。

3 系统总体方案设计

系统由五大模块组成分别有中央控制模块、摄像头、红外检测模块、语音模块，WIFI模块以及蜂鸣器共同组成。整体硬件结构图如图1所示。

图1 总体流程框图

设计中采用的芯片型号为STM32F103ZET6，它内部集成了多种功能其性能极高。另外它的引脚数多达144个可操控的对象便增加了，大容量的储存空间、多种定时器以及各种功能接口能够以低功耗和高性价比的特点建立实时信息传输，在基本功能基础上可以配合很多外设使用，集发现信息、处理信息、反馈信息为一身，正因为它出色的自身性能目前在各个领域都有着广泛的应用。

3.1 模块设计

它出色的信息处理能力，加上摄像头ov7725的动态捕捉能力和无线模块，能很好的实现短距离无线传输。装置先由单片机驱动在外后视镜位置的摄像头，然后控制摄像头转动不同角度拍摄画面，并且将所采集的图像再返回给单片机，单片机对所接受的数据进行模数转换的处理，随后经过无线传输的WIFI模块实现数据的实时传输，在车载电脑显示屏上司机即可看到车辆周围多方位的画面。另外为了增加设计的优势提高设计的性能，在实时检测画面的同时增加视频储存功能[4]，即将摄像头所拍摄的画面存放做成类似于行车记录仪的功能，这样如果发生车辆侧边事故的情况下也可以通过查询存储的视频追究责任，查明原因。

设计使用的是GP2Y0A02型号的长距离红外检测模块，其范围20CM-150CM完全可以适应设计的要求。它的工作原理是当模块发射红外光线遇到障碍物时会产生反射波信号，模块收到该信号时会将其转化为电信号然后发射与接收的时间差即可依照公式即可得到距离，在本设计中采取计数方式得到时间进而得出距离值。

当模块发送红外线后第一次接收到返回时给单片机一个开启信号并且让计数器用频率计数，当第二次再接收信号时单片机的计数器停止工作，通过脉冲的周期乘以脉冲数即可得到时间进而估算距离值。红外模块在系统中的作用主要是起到中间桥梁的作用，当估算的距离小于语音模块设定的阈值触发单片机启动语音模块工作提醒司机注意车辆周围情况，如估算值在此基础上更小的情况下则会触发报警模块，通过启动车辆的刹车减小车辆的速度，以便给司机流出更多的时间快速做出正确反应。具体的流程图如图2所示。

图2 红外检测框图

语音模块的设计目的是提醒在司机车辆周围物体距离车辆超过安全距离，给予司机足够的反应时间，从而去规避危险的发生。LD3320语音识别模块可以与多种单片机结合使用，其词条内容根据使用者的需求随意改变而且修改操作简单即只需修改程序中的拼音即可。此外该模块采用高灵敏度麦克风设计小巧小的空间便能实现大功能，并且识别非常灵敏。设计中采用的是LD3320 语音识别芯片和SYN6288语音合成模块组成的，兼顾了语音的识别和语音的播放功能，两者的结合在实现设计要求的基础上还可以根据使用者的个人习惯和想法设定自己特定的语音系统更具有人性化。

设计中因为需要将摄像头采集的视频传输给车载电脑，如果采用直接传输显然是不可能的，所以我们以单片机为媒介借助WIFI实现数据的传输并显示。这里我们采用的型号是ESP8266，它是一种低功耗的串口WIFI模块，内部集成了MCU能实现单片机之间串口通信。它是一种专为移动设备和物联网应用设计的产品，能够实现互联网霍局域网通信，实现联网功能。ESP8266可以广泛应用于各个行业，支持多种工作模式另外除了无线传输功能还可以兼做应用处理器作用，如图3所示。

图3 无线传输模块图

4 总结

本设计在不破坏原有的外后视镜的基础上增加了功能，无论是在前行还倒车过程中驾驶者不会因为观察周围情况不全造成事故，另外在外界的天气情况恶劣下依旧能清晰观察路况，并且别的车辆或人靠近自身车辆还可以提醒驾驶者注意减少意外发生。设计的创新点在于没有取消外后视镜而是增加功能，即使装置发生错误还可以依照原来的方式安全驾驶。整个设计中采用的是基本的模块化的设计，依靠简单的元件、电路实现设计的要求，整体成本不高更加具有普遍性。如果想提高性能可以将其中的元件或模块替换成高精度的型号，操作并不复杂可移植性强。