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1 、引言 據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于車后盲區(qū)所造成的交通事故在中國(guó)約占30%，美國(guó)20%。前兩代倒車輔助產(chǎn)品，一種是倒車?yán)龋环N是倒車?yán)走_(dá)。前者只能提醒路人自行躲閃，而司機(jī)卻一無(wú)所知，固定的障礙物更是無(wú)法探測(cè)，起到的作用微乎其微，后者雖能把固定的障礙物通過報(bào)警的形式告知司機(jī)，但司機(jī)還是無(wú)法判斷障礙物的確切位置，更不能探測(cè)地坑或低矮障礙物。 目前，國(guó)內(nèi)外的研究趨勢(shì)是在倒車?yán)走_(dá)的基礎(chǔ)上采用數(shù)字圖像處理技術(shù),利用強(qiáng)大的嵌入式處理器,開發(fā)用于檢測(cè)車后物距和監(jiān)視車后圖像的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的車載可視倒車裝置。 因此本文提出一種基于S3C2410的輔助倒車系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)不但使駕駛員可以在車內(nèi)觀察到汽車車尾的真實(shí)場(chǎng)景，而且可以通過系統(tǒng)所帶的測(cè)距報(bào)警模塊可以實(shí)時(shí)測(cè)距，并在車與障礙物過近時(shí)，對(duì)駕駛員實(shí)施語(yǔ)音報(bào)警，從而克服了后試鏡小,視野窄的缺點(diǎn)，使倒車變得更加快速高效，增強(qiáng)倒車的安全性。 2、系統(tǒng)概述 系統(tǒng)以S3C2410為主控制器，主頻最高可達(dá)266MHz，選用Linux2.6.14.1操作系統(tǒng)，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)可以被分為三個(gè)部分： 1) 圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊設(shè)計(jì)； 2) 測(cè)距報(bào)警模塊設(shè)計(jì)； 3) 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。 圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊主要是實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并顯示在LCD顯示器上，系統(tǒng)通過裝在汽車尾部的攝像頭采集車后實(shí)時(shí)圖像，并將圖像顯示在終端LCD上。測(cè)距報(bào)警模塊以超聲波測(cè)距電路來(lái)進(jìn)行測(cè)距，當(dāng)所測(cè)距離值超過系統(tǒng)設(shè)定的安全距離時(shí)實(shí)施語(yǔ)音報(bào)警，人機(jī)交互界面模塊為系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，配合觸摸屏，操作便利、簡(jiǎn)潔。其系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 3、圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊實(shí)現(xiàn) 圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示模塊采用Linux內(nèi)核公開支持ov511芯片的網(wǎng)眼公司的v3000USB攝像頭來(lái)采集圖像，其實(shí)現(xiàn)分為兩部分，Linux內(nèi)核中攝像頭驅(qū)動(dòng)程序模塊的加載和基于Qt的可視倒車應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。 3.1 USB驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)態(tài)加載 在嵌入式Linux的內(nèi)核定制和編譯時(shí)，加入對(duì)Video4Linux模塊及OV511設(shè)備的支持，通過Video4Linux模塊提供的編程接口(API)從OV511設(shè)備中獲取圖像幀。如下配置Linux內(nèi)核：Multimedia device-＞＜ M ＞VideoforLinux; usb support-＞＜M＞usb camera ov511，采用模塊方式編譯video4Linux驅(qū)動(dòng)和OV511攝像頭驅(qū)動(dòng)，用命令insmod加載USB及OV511設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。加載驅(qū)動(dòng)后將OV511攝像頭插入U(xiǎn)SB接口，攝像頭將被正確識(shí)別并生成 /dev/v4l/video設(shè)備。 3.2 可視倒車程序設(shè)計(jì) 倒車過程中駕駛員與軟件交互操作較少，因此無(wú)需設(shè)計(jì)復(fù)雜的用戶操作界面。程序的設(shè)計(jì)主要集中在攝像頭圖像的采集上。Linux下進(jìn)行視頻采集是通過Video4Linux驅(qū)動(dòng)提供的接口函數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)完成，使用Video4Linux操作USB攝像頭的流程如圖2所示。 在程序設(shè)計(jì)中，與攝像頭相關(guān)的操作和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都被封裝在VideoCapture類中。其成員函數(shù)通過Video4Linux提供的接口完成對(duì)攝像頭的具體操作。VideoCapture類設(shè)計(jì)如下: Class VideoCaPture { Public: … bool hasCamera() const //判斷是否有可用的攝像頭 Void getCameralmage(Qlmage & img)， //獲取攝像頭的圖像數(shù)據(jù) QSize captureSize()const；//返回?cái)z像使用的分辨率 Void setCaptureSize(QSizesize)；//設(shè)置攝像使用的分辨率 int minimumFramePeriod() const； Private: … struct video_mbuf mbuf;//進(jìn)行內(nèi)存映射的幀信息 … void setupCamera(QSize size)；//攝像頭初始化及參數(shù)設(shè)置函數(shù) void shut down()；//關(guān)閉攝像頭 }； VideoCapture類中的void setupCamera（QSize size）成員函數(shù)來(lái)初始化USB攝像頭設(shè)備，根據(jù)系統(tǒng)LCD顯示器的特點(diǎn)，主要參數(shù)設(shè)置為:圖像色彩模式設(shè)置為VIDEO_PALETTE_RGB565 格式；圖像分辨率設(shè)置為640*480；圖像位深設(shè)置為16位。每采集一幀數(shù)據(jù)后調(diào)用ioctl(fd，VIDIOCSYNC，&frame)函數(shù)等待采集結(jié)束，然后根據(jù)需要繼續(xù)采集下一幀圖像或關(guān)閉攝像頭。 因?yàn)閛v511不支持系統(tǒng)調(diào)用read的方式獲取圖像數(shù)據(jù)，所以使用內(nèi)存映射輸入/輸出（MMIO）方式獲取圖像數(shù)，在使用MMIO方式獲取圖像數(shù)據(jù)時(shí)，圖像的內(nèi)存的信息保存video_mbuf memoryBuffer這個(gè)變量中。所以進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集之前首先需要使用Video4Linux中的VIDIOCGMBUF接口獲取MMIO所需信息，然后通過mmap函數(shù)將攝像頭的圖像緩沖區(qū)映射到虛擬內(nèi)存中并使用Video4Linux中的VIDIOCMCAPTURE接口捕獲圖像。函數(shù)voidgetCameraImage(QImage & img)用來(lái)完成對(duì)一幀圖像的完整采集過程并通過定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)的連續(xù)采集和顯示。每當(dāng)定時(shí)器的時(shí)間到就觸發(fā)一個(gè)定時(shí)器事件，在事件中調(diào)用getCameraImage函數(shù)完成對(duì)圖像的采集和顯示。 4、測(cè)距報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn) 為提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，增加測(cè)距報(bào)警功能，可視倒車功能啟動(dòng)后，采用超聲波測(cè)距模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)車后方的障礙物的實(shí)時(shí)測(cè)距并使用語(yǔ)音合成模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)障礙物距車身過近的語(yǔ)音報(bào)警。 4.1 超聲波測(cè)距模塊 超聲波測(cè)距電路主要由超聲波發(fā)射電路和接收電路組成,原理框圖如圖3所示。該模塊單片機(jī)選用Freescale公司的MC68HC908QL4,該芯片可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。超聲波探測(cè)車物之間的距離,并將數(shù)據(jù)傳送至車內(nèi)主處理器進(jìn)行處理。 由于超聲波測(cè)距只在汽車倒車時(shí)為駕駛員提供車后信息,而倒車時(shí)車速較慢,與聲速相比可認(rèn)為是靜止的,因此采用渡越時(shí)間法來(lái)測(cè)距，即超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射超聲波，遇到障礙物后反射回來(lái)，超聲波接受器接受到反射波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，測(cè)出從發(fā)射超聲波到接受到反射波的時(shí)間差即可求出距離s。 式中，s為所測(cè)距離；c為超聲波聲速；t為發(fā)射超聲波到接受反射波的時(shí)間差。 4.2 超聲波測(cè)距軟件設(shè)計(jì) 超聲波測(cè)距軟件主要包括測(cè)距及數(shù)據(jù)發(fā)送,其流程圖如圖4所示。 4.3 語(yǔ)音合成模塊 本系統(tǒng)采用語(yǔ)音合成芯片XF-3011，與s3C2410通過串口進(jìn)行通信，s3c2410與語(yǔ)音合成芯片XF-3011通信時(shí)，發(fā)送給XF-3011的所有命令和數(shù)據(jù)都需要用“幀”方式進(jìn)行封裝后，再通過串口發(fā)送到芯片，幀的最大度為204字節(jié)(包括幀頭標(biāo)記字節(jié))。具體的幀格式如表1所示。 表1 語(yǔ)音合成芯片通信傳輸數(shù)據(jù)幀格式 XF-3011收到控制命令后。當(dāng)XF-3011收到一幀正確的命令幀后會(huì)立即反饋“0x41”。如果是語(yǔ)音合成命令，那么開始合成所接收的文本數(shù)據(jù)，所有文本合成完畢之后，向上位機(jī)反饋“0x4F”，然后進(jìn)行語(yǔ)音播放。 4.4 語(yǔ)音合成模塊流程圖 當(dāng)測(cè)距模塊所測(cè)距離大小超過系統(tǒng)設(shè)定的安全距離時(shí)，主處理器發(fā)送控制命令給XF-3011，啟動(dòng)語(yǔ)音合成功能提醒駕駛員注意。 5、人機(jī)交互界面模塊的實(shí)現(xiàn) 本系統(tǒng)采用Qtopia嵌入式桌面環(huán)境，用戶不僅可以方便的管理系統(tǒng)資源和程序，而且能在幀緩沖機(jī)制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)程序的屏幕顯示，達(dá)到與用戶的友好交互。 5.1 圖形界面系統(tǒng)的建立 本系統(tǒng)使用的是基于Qt/Embedded的圖形界面系統(tǒng)，Qt/Embedded的編譯主要分為三個(gè)步驟： ① 編譯Qt/X11，Qt/X11是運(yùn)行在IBM兼容PC中標(biāo)準(zhǔn)Linux之上的，它主要為Qt/Embedded及其應(yīng)用程序提供圖形編譯環(huán)境及仿真運(yùn)行環(huán)境； ② 編譯Qt/Embedded，Qt/Embedded為在嵌入式Linux平臺(tái)上運(yùn)行的圖形界面系統(tǒng)及應(yīng)用程序提供一系列的函數(shù)庫(kù)； ③ 編譯Qtopia，通過使用Qt/X11提供的編譯工具以及Qt/Embedded提供的函數(shù)庫(kù)，編譯出最終基于嵌入式Linux平臺(tái)的圖形界面系統(tǒng)及該環(huán)境下的應(yīng)用程序。 5.2 擴(kuò)展可視倒車程序 Qtopia圖形桌面環(huán)境為在qtopia平臺(tái)上擴(kuò)展應(yīng)用程序提供了一個(gè)良好的機(jī)制，把應(yīng)用程序發(fā)布到qtopia平臺(tái)上，需要有三個(gè)文件：一個(gè)執(zhí)行文件、一個(gè)啟動(dòng)器文件和一個(gè)圖標(biāo)文件，在這里可視倒車程序可執(zhí)行文件就是這個(gè)執(zhí)行文件取名為car，圖標(biāo)文件是一個(gè).Png文件，我們可以自己制作一個(gè)car.png，啟動(dòng)器文件是一個(gè).desktop文件，可以參考qtopia已有的.desktop為例，創(chuàng)建一個(gè)car.desktop，具體內(nèi)容如下: [Desktop Entry] comment=A car program Exec=car Icon=car Type=Application Name=car 完成以上內(nèi)容后，把這三個(gè)文件分別復(fù)制到qtopia相應(yīng)的目錄中。圖標(biāo)文件Car.png復(fù)制到qtopia目錄下的pics目錄，執(zhí)行文件car復(fù)制到qtopia目錄下的bin目錄，啟動(dòng)器文件car.desktop復(fù)制到qtopia目錄中apps/Applications 下，拷貝完成后，重新啟動(dòng)qtopia，點(diǎn)擊其界面上出現(xiàn)可視倒車功能圖標(biāo)，可視倒車功能啟動(dòng)，結(jié)果顯示如圖6所示。 6、結(jié)論 本文介紹了一種基于S3C2410的輔助倒車系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于系統(tǒng)采用了高性能、低功耗的嵌入式微處理器s3c2410及可視倒車與測(cè)距報(bào)警功能的結(jié)合運(yùn)用，系統(tǒng)攝像頭實(shí)際捕捉到的視頻信號(hào)能很夠很好的顯示在LCD上并滿足汽車倒車實(shí)時(shí)測(cè)距的性能要求，克服了后試鏡小,視野窄的缺點(diǎn),消除了盲目倒車造成的事故隱患，大大提高了汽車倒車的安全效率。經(jīng)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，該輔助倒車系統(tǒng)能運(yùn)行良好，操作方便，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 |
