《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于S3C2410的輔助倒車數(shù)字圖像系統(tǒng)設(shè)計
edmchina
熊慶宇 邱濤 黃劍
摘要: 基于S3C2410的輔助倒車數(shù)字圖象系統(tǒng)設(shè)計,1 、引言  據(jù)統(tǒng)計,,由于車后盲區(qū)所造成的交通事故在中國約占30%,,美國20%。前兩代倒車輔助產(chǎn)品,,一種是倒車喇叭,,一種是倒車雷達。前者只能提醒路人自行躲閃,,而司機卻一無所知,,固定的障礙物更是無法探測,起到的
關(guān)鍵詞: S3C2410 倒車 數(shù)字圖像 Linux
Abstract:
Key words :

    1 ,、引言

  據(jù)統(tǒng)計,,由于車后盲區(qū)所造成的交通事故在中國約占30%,美國20%,。前兩代倒車" title="倒車">倒車輔助產(chǎn)品,,一種是倒車喇叭,一種是倒車雷達,。前者只能提醒路人自行躲閃,,而司機卻一無所知,固定的障礙物更是無法探測,,起到的作用微乎其微,,后者雖能把固定的障礙物通過報警的形式告知司機,但司機還是無法判斷障礙物的確切位置,,更不能探測地坑或低矮障礙物。

  目前,,國內(nèi)外的研究趨勢是在倒車雷達的基礎(chǔ)上采用數(shù)字圖像" title="數(shù)字圖像">數(shù)字圖像處理技術(shù),利用強大的嵌入式處理器,開發(fā)用于檢測車后物距和監(jiān)視車后圖像的優(yōu)點相結(jié)合的車載可視倒車裝置,。

  因此本文提出一種基于S3C2410" title="S3C2410">S3C2410的輔助倒車系統(tǒng)設(shè)計,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場景,,而且可以通過系統(tǒng)所帶的測距報警模塊可以實時測距,,并在車與障礙物過近時,對駕駛員實施語音報警,從而克服了后試鏡小,視野窄的缺點,,使倒車變得更加快速高效,,增強倒車的安全性。

  2,、系統(tǒng)概述

  系統(tǒng)以S3C2410為主控制器,,主頻最高可達266MHz,選用Linux" title="Linux">Linux2.6.14.1操作系統(tǒng),,系統(tǒng)總體設(shè)計可以被分為三個部分:

1) 圖像數(shù)據(jù)實時顯示模塊設(shè)計,;
2) 測距報警模塊設(shè)計;
3) 人機交互界面設(shè)計,。

  圖像數(shù)據(jù)實時顯示模塊主要是實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)實時采集并顯示在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時圖像,并將圖像顯示在終端 LCD上,。測距報警模塊以超聲波測距電路來進行測距,,當(dāng)所測距離值超過系統(tǒng)設(shè)定的安全距離時實施語音報警,人機交互界面模塊為系統(tǒng)提供了一個良好的人機交互界面,,配合觸摸屏,,操作便利、簡潔,。其系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,。

3、圖像數(shù)據(jù)實時顯示模塊實現(xiàn)

  圖像數(shù)據(jù)實時顯示模塊采用Linux內(nèi)核公開支持ov511芯片的網(wǎng)眼公司的v3000USB攝像頭來采集圖像,,其實現(xiàn)分為兩部分,,Linux內(nèi)核中攝像頭驅(qū)動程序模塊的加載和基于Qt的可視倒車應(yīng)用程序設(shè)計。

  3.1 USB驅(qū)動模塊動態(tài)加載

  在嵌入式Linux的內(nèi)核定制和編譯時,,加入對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->usb camera ov511,,采用模塊方式編譯video4Linux驅(qū)動和OV511攝像頭驅(qū)動,,用命令insmod加載USB及OV511設(shè)備驅(qū)動模塊。加載驅(qū)動后將 OV511攝像頭插入USB接口,,攝像頭將被正確識別并生成 /dev/v4l/video設(shè)備,。

  3.2 可視倒車程序設(shè)計      

  倒車過程中駕駛員與軟件交互操作較少,因此無需設(shè)計復(fù)雜的用戶操作界面,。程序的設(shè)計主要集中在攝像頭圖像的采集上,。Linux下進行視頻采集是通過Video4Linux驅(qū)動提供的接口函數(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來完成,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提供的接口完成對攝像頭的具體操作。VideoCapture類設(shè)計如下:

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,;//返回攝像使用的分辨率
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)來初始化USB攝像頭設(shè)備,,根據(jù)系統(tǒng)LCD顯示器的特點,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,。

因為ov511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,,圖像的內(nèi)存的信息保存video_mbuf memoryBuffer這個變量中,。所以進行圖像數(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)用來完成對一幀圖像的完整采集過程并通過定時器來實現(xiàn)的圖像數(shù)據(jù)的連續(xù)采集和顯示,。每當(dāng)定時器的時間到就觸發(fā)一個定時器事件,在事件中調(diào)用 getCameraImage函數(shù)完成對圖像的采集和顯示,。

  4,、測距報警模塊實現(xiàn)

  為提高系統(tǒng)的安全性和可靠性,增加測距報警功能,,可視倒車功能啟動后,,采用超聲波測距模塊來實現(xiàn)對車后方的障礙物的實時測距并使用語音合成模塊來實現(xiàn)障礙物距車身過近的語音報警。

  4.1 超聲波測距模塊

  超聲波測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,。該模塊單片機選用Freescale公司的MC68HC908QL4,該芯片可靠性高,、抗干擾能力強。超聲波探測車物之間的距離,并將數(shù)據(jù)傳送至車內(nèi)主處理器進行處理,。

由于超聲波測距只在汽車倒車時為駕駛員提供車后信息,而倒車時車速較慢,與聲速相比可認為是靜止的,因此采用渡越時間法來測距,,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,,超聲波接受器接受到反射波信號并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,測出從發(fā)射超聲波到接受到反射波的時間差即可求出距離s。

式中,,s為所測距離,;c為超聲波聲速;t為發(fā)射超聲波到接受反射波的時間差,。

  4.2 超聲波測距軟件設(shè)計

  超聲波測距軟件主要包括測距及數(shù)據(jù)發(fā)送,其流程圖如圖4所示,。

4.3 語音合成模塊

  本系統(tǒng)采用語音合成芯片XF-3011,與S3C2410通過串口進行通信,,s3c2410與語音合成芯片XF-3011通信時,,發(fā)送給XF- 3011的所有命令和數(shù)據(jù)都需要用“幀”方式進行封裝后,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立即反饋“0x41”,。如果是語音合成命令,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,,向上位機反饋“0x4F”,然后進行語音播放,。

  4.4 語音合成模塊流程圖

  當(dāng)測距模塊所測距離大小超過系統(tǒng)設(shè)定的安全距離時,,主處理器發(fā)送控制命令給XF-3011,啟動語音合成功能提醒駕駛員注意,。

5,、人機交互界面模塊的實現(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,,而且能在幀緩沖機制基礎(chǔ)上實現(xiàn)程序的屏幕顯示,,達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步驟:

① 編譯Qt/X11,,Qt/X11是運行在IBM兼容PC中標(biāo)準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)境及仿真運行環(huán)境,;
② 編譯Qt/Embedded,,Qt/Embedded為在嵌入式Linux平臺上運行的圖形界面系統(tǒng)及應(yīng)用程序提供一系列的函數(shù)庫;
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,,編譯出最終基于嵌入式Linux平臺的圖形界面系統(tǒng)及該環(huán)境下的應(yīng)用程序。

  5.2 擴展可視倒車程序

  Qtopia圖形桌面環(huán)境為在qtopia平臺上擴展應(yīng)用程序提供了一個良好的機制,,把應(yīng)用程序發(fā)布到qtopia平臺上,,需要有三個文件:一個執(zhí)行文件,、一個啟動器文件和一個圖標(biāo)文件,在這里可視倒車程序可執(zhí)行文件就是這個執(zhí)行文件取名為car,,圖標(biāo)文件是一個.Png文件,,我們可以自己制作一個car.png,啟動器文件是一個.desktop文件,,可以參考qtopia已有的.desktop為例,,創(chuàng)建一個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qtopia,,點擊其界面上出現(xiàn)可視倒車功能圖標(biāo),,可視倒車功能啟動,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。由于系統(tǒng)采用了高性能,、低功耗的嵌入式微處理器S3C2410及可視倒車與測距報警功能的結(jié)合運用,,系統(tǒng)攝像頭實際捕捉到的視頻信號能很夠很好的顯示在LCD上并滿足汽車倒車實時測距的性能要求,克服了后試鏡小,視野窄的缺點,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)實驗調(diào)試,該輔助倒車系統(tǒng)能運行良好,,操作方便,,基本達到了設(shè)計要求。

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