基于SOPC威廉希尔官方网站 的车辆电子后视镜系统设计

随着电子威廉希尔官方网站 的发展，许多智能化威廉希尔官方网站 被广泛应用到车辆上，车辆后视镜系统作为重要的安全辅助装置也经历了几代的威廉希尔官方网站 发展[1]。目前车辆后视镜系统出现了两种新威廉希尔官方网站 ：后视摄像和倒车雷达。前者图像直观、真实，但无法给出精确的距离；后者能精确地测量距离，但对于车后方的水坑、凸出的钢筋等无法做出反映，因此存在安全上的死角[2][3]。车辆上的雷达测距有以下几种：激光测距、微波测距和超声波测距。前两者测量距离远、测量精度高，但成本很高；后者成本低，但测距范围通常小，在倒车速度稍快时安全性不佳。

本文提出了一种基于SOPC 威廉希尔官方网站 的车辆电子后视镜系统，该系统可以实时显示车辆后方的图像，并利用双频超声波实现了10m 以上的大范围测距，同时该系统具有语音播报测量结果及报警等功能。

1 系统特点

本系统与其它电子倒车系统相比有以下特点：（1）采用40kHz 和25kHz 两种频率的超声波测距，既扩大了测量范围又能兼顾小范围测距时的测量精度。（2） 采用3.5吋彩色液晶屏在实时、直观地显示车辆后方图像的同时，又可显示障碍物的距离及车辆相对于障碍物的速度等。（3） 语音播报测距结果及报警。利用语音芯片ISD4002实现测距结果的语音播报，同时根据测量结果及车辆相对于障碍物的速度自动评估危险等级，并用急促程度不同的提示音示警。（4）采用SOPC实现系统设计，具有很好的灵活性。

2 硬件电路设计

2.1 系统硬件结构

车辆电子后视镜系统的电路框图如图1所示。整个系统可划分为图像采集及转换、图像及信息显示、超声波测距、语音播报及警告、温度测量等部分。CMOS图像传感器OV6620将采集到的图像数据送到FPGA中，处理后得到RGB888格式的数据，经LCD控制电路送往LCD屏上显示。超声波测距电路共有左右两个通道，利用频率为40kHz和25kHz两种超声波脉冲测量障碍物的距离及车辆的相对速度，随后进行危险评估再将相关的信息显示在LCD屏上，并播报距离测量结果，然后控制报警电路发出急促程度不同的警示音。

图1 系统硬件结构框图

1.       2.2 主要功能模块的设计

2.       2.2.1 图像采集及转换电路

图像采集及转换电路的框图如图2所示。图像传感器OV6620 输出的YCrCb4:2:2 格式的数据经解交织电路转换为YCrCb4:4:4 格式数据，送给色彩空间转换电路完成数据格式转换，然后存入缓冲RAM中。下面重点介绍色彩空间转换电路。

图像传感器ov6620输出的是YCrCb4:2:2 格式的数据，而设计中所使用的lcd屏要求输入RGB888格式的数据，因此需要色彩空间转换电路完成这种转换。转换公式如式（1）所示。

转换结果中的RGB都是8位无符号数，取值范围为0～255， 因此运算结果为负数的取0； 运算结果超过255 的取255。这样会引入误差，但对图像的显示影响并不大。利用VerilogHDL 完成该电路的设计， YCrCb取值分别为197 、92、232 时， GRB输出（有延时）分别为186 、146 、255， 与根据（1） 式计算的结果一致。

    2.2.2 超声波发射及接收部分
    超声波测距中如果使用较高频率的超声波，则会因空气吸收较大而较快衰减，因此测量距离较短。比如采用40kHz 的超声波，测距范围一般不超过5m。由于空气对超声波的吸收与超声波频率的平方成正比，因此降低超声波的频率能增大测距范围。但是如果频率太低, 测距的绝对误差较大[4]。为了兼顾测距范围和精度，设计中采用40kHz 和25kHz 两种超声波测距。测量原理是：先输出10个40kHz 的超声波脉冲，再输出8个25kHz 的超声波脉冲，由于高频超声波先发出，对于同一目标，其回波先到达CPU， 因此对于近距离的目标，首先用高频超声波探测，测量绝对误差较小；对于远处的目标, 由于高频超声波被空气吸收而大幅衰减, 所以回波只有低频超声波，此时测量绝对误差稍大，但因测距范围大因此仍可接受。接收到的超声波信号经放大、比较等处理后送给NiosII 的PIO 口，使PIO口产生中断，通过执行中断服务程序获取超声波传播时间，再根据测得的环境温度计算出障碍物的距离，由连续两次测量情况计算出相对速度。这里仅给出25kHz 超声波发射和接收电路，如图3所示。
   2.2.3 LCD 显示控制电路

本设计中采用三星公司3.5 吋分辨率为320×240 的TFT 液晶屏（型号LTV350QV-F04）， 设计中将显示屏分为两部分：上部16行用于显示测得的距离、速度、当前状态等信息，下部224 行显示车辆后方的图像。为了提高显示刷新速度、降低CPU占用率，LCD显示控制由硬件电路实现，电路框图如图4所示。控制器利用OV6620 输出的行同步信号、场同步信号、像素时钟等信号产生控制LCD屏所需的控制信号；此外，该控制器包含一个行同步信号计数器及双口RAM地址发生器，两者都在每个场信号到来时清零，然后行计数器对行同步信号计数，当计数值在16～240 之间时控制器将数据缓冲器中的图像数据送到LCD模块，当计数值在0～15之间时将双口RAM中的数据依次读出来送LCD屏显示。框图中的双口RAM对微控制器来说是只写的，在场信号到来并延迟一段时间后（大于LCD完成16行数据显示时间）， NiosII 将测得的障碍物距离、速度等需要更新的显示数据写入双口RAM中；对LCD控制器来说，此双口RAM是只读的，并且是在每场开始的16行才读取数据，因此不会出现读写冲突的情况。这种设计大大减轻了NiosII 处理器的占用率，使得系统有足够的时间完成其它任务。

图4 LCD显示控制电路框图

2.2.4 语音播放及温度测量电路

语音播放电路主要由录放音电路ISD4002 、功放电路LM386等组成。NiosII通过I/O口interwetten与威廉的赔率体系 SPI时序实现对ISD4002 的控制，以中断的方式处理ISD4002 中各段的播放，从而实现语音的连续播放。温度测量电路主要由数字温度传感器LM75构成。3 系统软件的设计

本系统的软件比较复杂，限于篇幅这里仅简要介绍其中的超声波测量模块。执行超声波测量模块时，首先统计测量次数，如果所有通道都已完成两次测量（由连续两次测量计算相对速度），则一个测量周期结束。在一个测量周期中，在每次测量前都读取时间戳定时器T0， 由读取结果求出时间差进而求出相对速度。在发送超声波时先发送40kHz 的高频波，后发送25kHz 的低频波。如果在50ms 内没有接收到返回的超声波信号，则说明超出测距范围，进行下一通道的测距。

系统实现及测试

以Altera的DE2开发板为实验平台，利用该平台上两个通用I/O扩展槽外接实验电路板完成了本系统的设计验证。实验表明对于平面物体本系统超声波测距范围最小为7cm， 最大测量范围大于10m ，距离为2.5m以内时，测量误差不大于±1cm； 语音提示清晰，LCD屏显示的图像清晰稳定。系统工作情况如图7所示，表示距障碍物（图5中车辆）距离为6.51m 、速度0.65m/s、当前处于曝光时间调节状态，速度是负值表示接近中。

图5 系统工作情况

结束语

本文利用SOPC 威廉希尔官方网站 设计了一种车辆电子后视镜系统，该系统利用CMOS 图像传感器采集车辆后方的图像并实时显示在LCD 屏上，同时利用双频超声波实现了大范围、高精度的测距，使驾驶者及时、准确、全面地掌握车辆后方的情况，极大地提高了倒车的安全性。
本文作者创新点：将双频超声波测距应用到倒车雷达中，扩大了一般超声波倒车雷达的测距范围；并将后视摄像和超声波测距有机的结合起来，设计了一套较为完整的车辆电子后视镜系统。

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