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一种嵌入式可视倒车装置的方案设计

作者:时间:2011-12-26来源:网络收藏

引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/197253.htm

目前,我国普遍采用的倒车是超声波倒车雷达,这种虽能准确测量车尾与车后障碍物的距离,但由于存在视觉盲区,司机无法判断障碍物的确切位置,更不能感知地坑或低矮障碍物。国内外研究趋势是在倒车雷达的基础上采用数字图像处理技术,利用强大的处理器,开发用于检测车后物距和监视车后图像的优点相结合的车载。这类新型装置的价格较高,目前仅在中高档轿车上使用。为此,提出了基于IntelPXA270硬件平台及WindowsCE操作系统的车载装置。

1 系统结构

本文提出的装置硬件电路框图如图1所示,主要由Intel处理器PXA270、视频采集、超声波测距等电路组成。两对超声波换能器、信号调理电路和微控制器完成对障碍物的距离测定,并通过LIN总线发送至车内主系统;摄像头采集到的视频复合信号通过同轴电缆送至视频解码芯片进行A/D转换,并产生YUV422格式的视频信号输入PXA270的快速捕捉摄像头接口;主系统处理器利用字符叠加技术,在TFTLCD屏上将含有障碍物距离等参数的图像信号播放出来。

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图1 可视倒车硬件电路图

1.1 嵌入式处理器PXA270

本系统所采用的嵌入式处理器PXA270其最高主频达624MHz,加入了WirelessMMXTM技术,从而提升了多媒体处理能力,同时还加入了IntelSpeedStep动态电源管理技术,在保证CPU性能的情况下,最大限度地降低移动设备功耗;并拥有丰富的外部接口:如AC’97控制器、LCD控制器、CIF接口、SD卡接口等。

1.2 视频采集电路

车内主处理器PXA270的CIF接口只能处理数字信号,因此必须先将摄像头采集到的模拟信号进行转换。本系统的视频输入解码模块使用TI公司的视频解码芯片TVP5150及外围电路构建,其主要功能是将每一路CCD摄像头采集的标准PAL制电视模拟信号发送至视频解码器,完成视频图像的箝位及抗混叠滤波等预处理、模拟视频信号到数字YUV4:2:2的转换及亮度/色度、水平/垂直同步等信号的分离。解码芯片和PXA270通过CIF接口连接,PXA270通过I2C总线访问TVP5150的内部寄存器,协调处理器与解码器之间的工作交流。

1.3 超声波测距电路

测距电路主要由超声波发射电路和接收电路组成,原理框图如图2所示。该模块单片机选用Freescale公司的MC68HC908QL4,该芯片可靠性高、抗干扰能力强,内含4kB闪速存储器,四通道10位A/D转换器,并集成了LIN控制器。超声波探测车物之间的距离,并将数据经LIN总线传送至车内主处理器。由于超声波测距只在汽车倒车时为驾驶员提供车后信息,而倒车时车速较慢,与声速相比可认为是静止的,因此采用脉冲测距法,只测量超声波在测量点与目标间的往返时间计算距离较简单。

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图2 超声波测距工作原理图

(1)超声波发射电路超声波发射电路如图3所示。当汽车驾驶员手柄转到倒车档时,测距电路开始工作,微控制器发出40kHz方波信号,经驱动电路放大后,通过探头发射出去,此时计数器开始计数。

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图3 超声波发射电路图

(2)超声波接收电路超声波接收电路如图4所示。采用专用前置放大器CX20106,由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中,前置放大器具有自动增益控制功能。超声波信号在空气中传播遇到障碍物后发生反射,回波经接收探头接收并转换成电信号,经条理电缆,输入到微控制器的外部中断口,使计数器停止计数,从而计算出障碍物的距离。

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图4 超声波接收电路

1.4 LIN总线收发器接口电路设计

LIN是一种低成本的串行通讯网络,用于实现汽车中的分布式电子系统控制,是一种辅助的总线网络,在不需要CAN总线的带宽和速度的场合可大大节省成本。LIN通讯是基于SCI异步串行通信的数据格式,采用单主控制器/多从设备的模式,仅使用一根12V信号总线和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。TJA1020是常用的LIN主/从协议控制器和LIN总线的物理接口芯片,接口电路如图5所示。

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图5 LIN收发器接口电路

2 软件设计

2.1 系统平台的定制

WindowsCE是微软专门为各种嵌入式系统设计的一种高效、可升级的操作系统,广泛用于各种嵌入式产品。为定制该装置的WindowsCE操作系统,首先根据硬件配置,在PlatformBuilder开发环境中导入Intel提供的BSP板级支持包,并开发自己的OEM硬件适配层、组件。操作系统映像建立成功后,再将平台传输到目标设备进行测试。最后输出软件开发工具包,在EVC++环境中开发应用程序,WindowsCE定制过程如图6所示。

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图6 Windows CE操作系统的定制过程

2.2 摄像头驱动程序设计

本文述及的驱动是在WindowsCE下实现的。摄像头驱动程序的主要任务是控制视频数据在硬件中流动,并为摄像头应用程序提供标准接口。为简化编程难度,考虑到CIF接口的工作方式比较独立,采用类型为流接口驱动的单片驱动程序模型:即为每一个流接口驱动创建一个包含驱动程序的入口点动态链接库,实现文件I/O和电源管理函数交给内核使用。摄像头驱动程序的流程图如图7所示,其工作内容如下:

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图7 摄像头视频数据传输流程图

(1)负责通过I2C总线查询摄像头解码器的信息,调节摄像头解码器的设置;

(2)建立和控制DMA传输通道,通过DMA方式将CIF接口中的3个FIFO内的数据信息传送到内存中,从而实现快速高质量的数据传送;

(3)提供可以给应用程序使用的接口。

2.3 超声波测距软件设计

超声波测距软件主要包括测距及数据发送,其流程图如图8所示。

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图8 超声波测距流程图

3 结论

软硬件联合调试成功后,在实际车辆上进行了倒车试验。摄像头实际捕捉到的视频信号在LCD上的显示结果如图9所示。图9中数字为超声波测距数据。试验表明,该系统运行可靠,倒车时不但能清晰实时显示车后全景,而且还能准确测量汽车与车后障碍物之间的距离,基本达到了设计要求。

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图9 可视倒车装置在LCD上的视频捕获窗口

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