基于MK60和TSL1401的汽車停車位停車報警裝置的設(shè)計

基于停車位的汽車停車報警系統(tǒng)是針對目前市場上被忽略的依據(jù)停車線為駕駛員設(shè)計的一款報警裝置。該系統(tǒng)采用低成本的單片機(jī)、CCD傳感器、超聲波測距模塊實現(xiàn)聲光報警，具有方便調(diào)試，安裝簡單的特點。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車數(shù)量飛速增長，尋找停車位并準(zhǔn)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，視野范圍受限，利用后視鏡只能觀察側(cè)后方白線且需要隨時調(diào)整后視鏡，往往停下后才發(fā)現(xiàn)車輛歪斜或者過于靠近白線等情況。如果能夠提前預(yù)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(zhǔn)確地停放到車位上，預(yù)防剮蹭等事故的發(fā)生。

基于停車位的汽車停車報警系統(tǒng)，與常見的汽車倒車?yán)走_(dá)相似，除了周邊障礙物，還針對停車位白線進(jìn)行了報警設(shè)計。相對于價格昂貴的導(dǎo)航系統(tǒng)，該裝置適用于配備低端車型，具有成本低廉、電路簡單、精度滿足需求的特點。

1 系統(tǒng)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(jī)控制系統(tǒng)、報警電路等組成。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)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(zhǔn)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，對于駕駛員的起步、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(tǒng)所用的器件主要有單片機(jī)、CCD傳感器、超聲波測距模塊。

2.1 單片機(jī)MK60N512VMD100

單片機(jī)是系統(tǒng)軟件的載體，是控制系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)中的線性CCD模塊和超聲波測距模塊都是用軟件驅(qū)動，選用K60系列單片機(jī)芯片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(zhuǎn)變?yōu)槟M電流信號的傳感器，將電流信號放大并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，就可以實現(xiàn)圖像的采集、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(shè)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(shè)計采用的HCSR04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(dá)到3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器和接收器以及控制電路。

3 設(shè)計中的細(xì)節(jié)問題

報警系統(tǒng)要達(dá)到預(yù)定的效果，還需注意傳感器的設(shè)置、時序等問題。

3.1 線性CCD傳感器

3.1.1 CCD個數(shù)及位置

CCD的功能是監(jiān)測車輛相對于白線位置是否合適，防止車身歪斜或者靠近某側(cè)白線，安裝如圖2所示。

如圖2，通過比較6個線性CCD模塊監(jiān)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(huán)境多變，必須考慮光線對于CCD輸出信號的影響。要適應(yīng)各種不同環(huán)境，不能使用一個固定參數(shù)。由于曝光量與輸出電壓密切相關(guān)，而曝光量取決于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，相對于調(diào)整光圈大小，設(shè)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(diào)節(jié)曝光時間即增加弱光環(huán)境下的曝光時間，減少強(qiáng)光環(huán)境下的曝光時間，但增加曝光時間會降低采樣率，使控制周期變長，系統(tǒng)反應(yīng)變慢。在保證不降低采樣率的前提下，可采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(qū)動及時序

TSL1401 的驅(qū)動程序只需MCU控制CLK及SI兩個端口按照既定時序發(fā)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?？刂破靼l(fā)出一個 10μs以上脈沖觸發(fā)信號，測距模塊即發(fā)出8個40 kHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比，通過發(fā)射信號

到接收到回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&TImes;聲速（340 m/s）/2。

4 軟件設(shè)計

主程序流程如圖4所示。初始化包括中斷的初始化、I/O端口的初始化、定時器的初始化等。在初始化完成后，超聲波測距模塊和線性CCD模塊開始工作，處理器接收其信號并進(jìn)行處理，車身位置不合適時驅(qū)動報警。

5 測試結(jié)果及使用

測試使用實驗小車，CCD選用藍(lán)宙電子的TSL1401模塊，利用集成運放構(gòu)成11倍的放大電路，在晚上弱光環(huán)境下同樣能達(dá)到50 Hz 的采樣率，并且保證輸出的電壓在合理范圍內(nèi)。設(shè)置好偏差標(biāo)準(zhǔn)后，小車移動時，若車身位置不合適，可產(chǎn)生聲光報警，達(dá)到設(shè)計及應(yīng)用要求。

系統(tǒng)可直接安裝于沒有倒車裝置的汽車上，成本低，調(diào)試簡單。也可以在有倒車?yán)走_(dá)的車輛上加裝，以增強(qiáng)停車系統(tǒng)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?yán)走_(dá)，警示更直觀。相對于利用導(dǎo)航系統(tǒng)鎖定停車位并自動駐車的系統(tǒng)，該裝置更適用于配置低端車型，或自行加裝報警裝置。