基于SOPC技能的車輛電子后視鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，許多智能化技術(shù)被廣泛應(yīng)用到車輛上，車輛后視鏡系統(tǒng)作為重要的安全輔助裝置也經(jīng)歷了幾代的技術(shù)發(fā)展[1]。目前車輛后視鏡系統(tǒng)出現(xiàn)了兩種新技術(shù)：后視攝像和倒車?yán)走_(dá)。前者圖像直觀、真實(shí)，但無法給出精確的距離；后者能精確地測(cè)量距離，但對(duì)于車后方的水坑、凸出的鋼筋等無法做出反映，因此存在安全上的死角[2][3]。車輛上的雷達(dá)測(cè)距有以下幾種：激光測(cè)距、微波測(cè)距和超聲波測(cè)距。前兩者測(cè)量距離遠(yuǎn)、測(cè)量精度高，但成本很高；后者成本低，但測(cè)距范圍通常小，在倒車速度稍快時(shí)安全性不佳。

　　本文提出了一種基于SOPC 技術(shù)的車輛電子后視鏡系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示車輛后方的圖像，并利用雙頻超聲波實(shí)現(xiàn)了10m 以上的大范圍測(cè)距，同時(shí)該系統(tǒng)具有語音播報(bào)測(cè)量結(jié)果及報(bào)警等功能。1 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　本系統(tǒng)與其它電子倒車系統(tǒng)相比有以下特點(diǎn)：（1）采用40kHz 和25kHz 兩種頻率的超聲波測(cè)距，既擴(kuò)大了測(cè)量范圍又能兼顧小范圍測(cè)距時(shí)的測(cè)量精度。（2）采用3.5吋彩色液晶屏在實(shí)時(shí)、直觀地顯示車輛后方圖像的同時(shí)，又可顯示障礙物的距離及車輛相對(duì)于障礙物的速度等。（3）語音播報(bào)測(cè)距結(jié)果及報(bào)警。利用語音芯片ISD4002實(shí)現(xiàn)測(cè)距結(jié)果的語音播報(bào)，同時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果及車輛相對(duì)于障礙物的速度自動(dòng)評(píng)估危險(xiǎn)等級(jí)，并用急促程度不同的提示音示警。（4）采用SOPC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具有很好的靈活性。 2 硬件電路設(shè)計(jì)

　　2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　車輛電子后視鏡系統(tǒng)的電路框圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)可劃分為圖像采集及轉(zhuǎn)換、圖像及信息顯示、超聲波測(cè)距、語音播報(bào)及警告、溫度測(cè)量等部分。 CMOS圖像傳感器OV6620將采集到的圖像數(shù)據(jù)送到FPGA中，處理后得到RGB888格式的數(shù)據(jù)，經(jīng)LCD控制電路送往LCD屏上顯示。超聲波測(cè)距電路共有左右兩個(gè)通道，利用頻率為40kHz和25kHz兩種超聲波脈沖測(cè)量障礙物的距離及車輛的相對(duì)速度，隨后進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估再將相關(guān)的信息顯示在LCD 屏上，并播報(bào)距離測(cè)量結(jié)果，然后控制報(bào)警電路發(fā)出急促程度不同的警示音。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

　1.   2.2 主要功能模塊的設(shè)計(jì)

　　2.   2.2.1 圖像采集及轉(zhuǎn)換電路

　　圖像采集及轉(zhuǎn)換電路的框圖如圖2所示。圖像傳感器OV6620 輸出的YCrCb4:2:2 格式的數(shù)據(jù)經(jīng)解交織電路轉(zhuǎn)換為YCrCb4:4:4 格式數(shù)據(jù)，送給色彩空間轉(zhuǎn)換電路完成數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，然后存入緩沖RAM中。下面重點(diǎn)介紹色彩空間轉(zhuǎn)換電路。

　　圖像傳感器ov6620輸出的是YCrCb4:2:2 格式的數(shù)據(jù)，而設(shè)計(jì)中所使用的lcd屏要求輸入RGB888格式的數(shù)據(jù)，因此需要色彩空間轉(zhuǎn)換電路完成這種轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式如式（1）所示。

　　轉(zhuǎn)換結(jié)果中的RGB都是8位無符號(hào)數(shù)，取值范圍為0～255， 因此運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)的取0； 運(yùn)算結(jié)果超過255 的取255。這樣會(huì)引入誤差，但對(duì)圖像的顯示影響并不大。利用VerilogHDL 完成該電路的設(shè)計(jì)， YCrCb取值分別為197 、 92、232 時(shí)， GRB輸出（有延時(shí)）分別為186 、146 、255， 與根據(jù)（1） 式計(jì)算的結(jié)果一致。

　　2.2.2 超聲波發(fā)射及接收部分

　　超聲波測(cè)距中如果使用較高頻率的超聲波，則會(huì)因空氣吸收較大而較快衰減，因此測(cè)量距離較短。比如采用40kHz 的超聲波，測(cè)距范圍一般不超過5m。由于空氣對(duì)超聲波的吸收與超聲波頻率的平方成正比，因此降低超聲波的頻率能增大測(cè)距范圍。但是如果頻率太低, 測(cè)距的絕對(duì)誤差較大[4]。為了兼顧測(cè)距范圍和精度，設(shè)計(jì)中采用40kHz 和25kHz 兩種超聲波測(cè)距。測(cè)量原理是：先輸出10個(gè)40kHz 的超聲波脈沖，再輸出8個(gè)25kHz 的超聲波脈沖，由于高頻超聲波先發(fā)出，對(duì)于同一目標(biāo)，其回波先到達(dá) CPU， 因此對(duì)于近距離的目標(biāo)，首先用高頻超聲波探測(cè)，測(cè)量絕對(duì)誤差較??；對(duì)于遠(yuǎn)處的目標(biāo), 由于高頻超聲波被空氣吸收而大幅衰減, 所以回波只有低頻超聲波，此時(shí)測(cè)量絕對(duì)誤差稍大，但因測(cè)距范圍大因此仍可接受。接收到的超聲波信號(hào)經(jīng)放大、比較等處理后送給NiosII 的PIO 口，使PIO口產(chǎn)生中斷，通過執(zhí)行中斷服務(wù)程序獲取超聲波傳播時(shí)間，再根據(jù)測(cè)得的環(huán)境溫度計(jì)算出障礙物的距離，由連續(xù)兩次測(cè)量情況計(jì)算出相對(duì)速度。這里僅給出25kHz 超聲波發(fā)射和接收電路，如圖3所示。

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