無線倒車雷達的設計與實現

北方民族大學 高 遠 祝 玲 鐘坤芳

引言

在進幾十年里科技技術飛速發展，同時也推動了交通運輸業的高速發展，車流密集化以及各類私家車的出現。并且，汽車的產量依然在增長。而交通管理系統卻跟不上汽車的發展速度，由此造成近些年來事故頻繁發生。智能交通系統ITS（Int el l igent Tr anspor t at ion Syst em）為當前國際各個國家共同關注的交通管理的前沿技術，它在充分發揮現有的交通基礎設施潛能，提高工作效率，增強交通安全性，改善環境方面已取得卓越成效，是大部分國家都很重視相關項目的開發。其中倒車雷達技術是ITS中的一項重要研究，其中按傳感器主要分為兩大類超聲波和攝像頭。無論是攝像頭倒車雷達還是超聲波倒車雷倒都純在許多的漏洞。該項目將兩種方案結合，以便解決其中部分缺陷。

1 系統總體設計原理

采集部分以K 60單片機作為主控芯片，通過AV攝像頭采集圖像信息，HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，傳輸給視頻采集端的主控芯片，在通過MB90092字符疊加芯片將距離信息疊加到圖像信息上。通過無線射頻電路將圖像信息傳輸到車載顯示。接收部分將接收到的疊加后的圖像信息直接通過AV蓮花接頭傳輸到顯示器，同時分離超聲波距離信號。將其發送給MCU，當離障礙物太近時，MCU通過字符疊加控制顯示器四周變紅，作為提醒。控制部分采用開關以及語音模塊控制倒車雷達以及字符疊加部分的開關。

圖1 系統總體框圖

2 硬件設計

2.1 MCU模塊

K60是基于ARM Cor t ex-M4具有超強可擴展的低功耗、混合信號微控制器。具有高性能、高精度的混合信號能力，寬廣的互聯性，人機接口和安全外設。f l ex為512KB，最高可超頻至200M。144引腳。內核帶DSP指令，性能和定時控制外設。具有16為ADC以及12位DAC。1.71V到3.6V寬操作電壓范圍。運行溫度-40°C到150°C。MCU部分最小系統如圖2。

2.2 測距模塊

主要通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，判斷車周圍障礙物位置，并以反饋正確障礙物距離，配合圖像以確定障礙物具體位置。HC-SR04 超聲波測距模塊可提供2cm-400cm 的非接觸式距離感測功能，測量角度為15度。測距精度可達高到3mm，輸入觸發信號為10us的TTL脈沖。超聲波時序圖如圖3所示。

圖2 無線發射電路

圖3 MCU部分最小系統

圖4 超聲波時序圖

2.3 字符疊加模塊

MB90092是用于顯示控制視頻中的文字和圖像的視頻顯示控制芯片，內部集成了顯示內存(VRAM)、外掛字庫接口和視頻信號發生器，提供兩種屏幕疊加方法，分別稱為“主屏”和“副屏”，二者可單獨或相互重疊出現在監視器上。數據不僅可以在前期配置的每行中被設置，也可以集中地在后期配置的整個屏幕中被設置。 如果主屏中只有圖形字符，則有192×384個像素點，在同樣的情況下，副屏有192×384個像素點或256×512個像素點。（實際顯示屏由水平方向的像素點的時鐘頻率和電視系統垂直方向的一定光柵數決定。）MB90092把RAM作為字庫內存，能夠顯示自由圖形。MB90092總共能夠使用16384種類型的字符，包括普通字符和圖形字符。它能夠控制外部16M bits的字庫內存。對于視頻信號的輸出，MB90092具有合成視頻信號，Y/C分離視頻信號，RGB數字信號輸出引腳。MB90092還具有視頻信號輸入引腳，允許重疊顯示任意一種復合視頻信號和Y/C分離視頻信號。

圖5 接收端程序流程圖

2.4 穩壓模塊

發射端利用7.4～12V電池供電，對于單片機，需要提供穩定的5V電源，由于LM2940的穩壓的線性度非常好，所以選用LM2940-5單對其進行供電；攝像頭直接用7.4V電池供電，發射電路采用LM1117提供3.3V電源供電。接收除單片機用5V供電外，其余皆用12V。

3 軟件設計

程序總體設計流程圖（見圖5、圖6）。

圖6 發射端程序流程圖

接收端在打開開關后，首先系統進行初始化，之后顯示屏開顯示，接收圖像信息整個程序中顯示屏一直工作，系統會根據距離信息進行相應提示。

發射端處于常開狀態，PID算法控制超聲波模塊測距，在疊加入圖像信息傳至接收端。

部分程序如下

/******************超聲波****************/

data=FTM2_CNT+5000;

FTM2_CNT =0;

ShowParameter(&data, 1, "Speed:");

delay();

Trig=1; //Trig腳拉高

enable_pit_interrupt(PIT0); //開pit0中斷

while(!(count>=4));//等待20us

disable_pit_interrupt(PIT0);//關閉定時器

count=0; //計數清零

Trig=0; //Trig腳拉低

PTA15_OUT=0;//指示燈亮

while(!(Echo==1));//等待Echo腳拉高

enable_pit_interrupt(PIT0); //開pit0中斷

while(!(Echo==0 || count>=4500)); //等待Echo腳拉低或計時溢出

distance = count*17/20; //計算距離，單位mm

disable_pit_interrupt(PIT0);//關閉定時器

Print(3,0,"Distance(mm):");

if(count>=4500)

ShowParameter(&distance, 4, "Over fl ow!");

else

ShowParameter(&distance, 4, " Normal:");

count=0;//計數清零

delay(); //延時

PTA15_OUT=1; //指示燈滅

/***************增量式PID控制**********/

void PID()

{

error3=error2;

error2=error1;

error1=E0;

Motor_Past=Motor_PID;

Motor_PID=Motor_Past+P*error1+I*(error1-error2)+D*(error1-2*error2+error3);

Motor_PID=Motor_PID>Motor_Max?Motor_Max:Motor_PID;

Motor_PID=Motor_PID

PWM(Motor_PID);

}

4 結語

隨著交通的日漸發展，人們的出行安全尤為重要。其中倒車雷達起到重要作用，本文中所用到的原材料方便易找到，且成本低廉方便制造。相對市面價格相對便宜，且體積小，使用安全，電壓小，續航能力強。本文介紹的整個系統的硬件構成和軟甲構成。

[1]劉娟.單片機C語言與PROTUES仿真技能實訓[M].北京:中國電力出版社,2008.