工程師5 發表於 2018-04-25 20:09:00
基於停車位的汽車停車報警系統是針對目前市場上被忽略的依據停車線為駕駛員設計的一款報警裝置。該系統採用低成本的單片機、CCD傳感器、超聲波測距模塊實現聲光報警，具有方便調試，安裝簡單的特點。
隨著社會經濟的發展，汽車數量飛速增長，尋找停車位並準確停車是駕駛員必須面對的問題。一般停車位是用幾條白線劃分出來的，駕駛員坐在駕駛座上時，視野範圍受限，利用後視鏡只能觀察側後方白線且需要隨時調整後視鏡，往往停下後才發現車輛歪斜或者過於靠近白線等情況。如果能夠提前預知車輛與白線的相對位置是否合理，就可以幫助駕駛員將車輛準確地停放到車位上，預防剮蹭等事故的發生。
基於停車位的汽車停車報警系統，與常見的汽車倒車雷達相似，除了周邊障礙物，還針對停車位白線進行了報警設計。相對於價格昂貴的導航系統，該裝置適用於配備低端車型，具有成本低廉、電路簡單、精度滿足需求的特點。
1 系統總體框圖
汽車停車報警裝置是一種安全輔助裝置，由線性CCD圖像傳感器、超聲波傳感器、單片機控制系統、報警電路等組成。系統總體框圖如圖1所示。
圖1系統總體框圖核心控制器通過比對車身與白線或障礙物的相對距離來判斷出車身停放是否準確合適，位置不合適即做出報警提示，使駕駛員能夠更清楚地了解自己車輛周圍障礙物的情況以及車輛與車位的相對信息，對於駕駛員的起步、停車和倒車都提供了很大的幫助，提高了駕駛員停放車輛的安全性。
2 主要器件及工作原理
由圖1可知，系統所用的器件主要有單片機、CCD傳感器、超聲波測距模塊。
2.1 單片機MK60N512VMD100
單片機是系統軟體的載體，是控制系統的核心。系統中的線性CCD模塊和超聲波測距模塊都是用軟體驅動，選用K60系列單片機晶片MK60N512VMD100可滿足需要［3］。
2.2 線性CCD傳感器TSL1401
CCD圖像傳感器是一種可以直接將光信號轉變為模擬電流信號的傳感器，將電流信號放大並進行模數轉換後，就可以實現圖像的採集、存儲、傳輸、處理和檢索。從功能上說，CCD被分為面陣CCD和線陣CCD兩大類。設計中使用CCD主要是檢測停車位的白線，所以選擇了較為簡單的TSL1401線性CCD傳感器。
2.3 超聲波測距模塊
超聲波測距的主要方法包括幅值檢測法、相位檢測法、渡越時間法。本設計採用的HCSR04模塊的測距法為渡越時間法。該模塊可以提供2 cm~400 cm的非接觸式距離感測功能，測距精度能達到3mm，模塊包括超聲波發射器和接收器以及控制電路。
3 設計中的細節問題
報警系統要達到預定的效果，還需注意傳感器的設置、時序等問題。
3.1 線性CCD傳感器
3.1.1 CCD個數及位置
CCD的功能是監測車輛相對於白線位置是否合適，防止車身歪斜或者靠近某側白線，安裝如圖2所示。
如圖2，通過比較6個線性CCD模塊監測到的車身與白線的距離，可以判斷車是否停好。
3.1.2 CCD曝光時間
因為汽車停車環境多變，必須考慮光線對於CCD輸出信號的影響。要適應各種不同環境，不能使用一個固定參數。由於曝光量與輸出電壓密切相關，而曝光量取決於CCD模塊所使用的鏡頭光圈大小以及程序所控制的曝光時間，相對於調整光圈大小，設置CCD程序鎖控制其曝光時間更為簡便。
3.1.3 CCD輸出信號的放大
調節曝光時間即增加弱光環境下的曝光時間，減少強光環境下的曝光時間，但增加曝光時間會降低採樣率，使控制周期變長，系統反應變慢。在保證不降低採樣率的前提下，可採用放大器來增大線性CCD在晚上弱光時的輸出電壓。
3.1.4 驅動及時序
TSL1401 的驅動程序只需MCU控制CLK及SI兩個埠按照既定時序發出方波信號，AO端就會依次輸出128個像素點的模擬信號。
3.2 超聲波測距時序
超聲波測距時序如圖3所示。控制器發出一個 10μs以上脈衝觸發信號，測距模塊即發出8個40 kHz周期電平並檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出迴響信號。迴響信號的脈衝寬度與所測的距離成正比，通過發射信號
到接收到迴響信號的時間間隔可以計算得到車身與障礙物的距離。
距離=高電平時間×聲速（340 m/s）/2。
4 軟體設計
主程序流程如圖4所示。初始化包括中斷的初始化、I/O埠的初始化、定時器的初始化等。在初始化完成後，超聲波測距模塊和線性CCD模塊開始工作，處理器接收其信號並進行處理，車身位置不合適時驅動報警。
5 測試結果及使用
測試使用實驗小車，CCD選用藍宙電子的TSL1401模塊，利用集成運放構成11倍的放大電路，在晚上弱光環境下同樣能達到50 Hz 的採樣率，並且保證輸出的電壓在合理範圍內。設置好偏差標準後，小車移動時，若車身位置不合適，可產生聲光報警，達到設計及應用要求。
系統可直接安裝於沒有倒車裝置的汽車上，成本低，調試簡單。也可以在有倒車雷達的車輛上加裝，以增強停車系統功能。在沒有影像的情況下，用指示燈顯示警示位置，比起只有報警音的倒車雷達，警示更直觀。相對於利用導航系統鎖定停車位並自動駐車的系統，該裝置更適用於配置低端車型，或自行加裝報警裝置。
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