汽車駕駛員視野拓展系統的設計與實現*

陳浩 馬艷 郝亮 胡治華 曹景勝

（1.遼寧工業大學；2.錦州漢拿電機有限公司）

汽車視野安全在整個主動安全性中占有相當重要的地位，駕駛員在駕駛過程中，有80%的信息是靠視覺得到的。正常行駛的過程中，駕駛員周圍有近1/6的環境被完全忽略，一輛汽車大概有60°的死角，其臨近車身附近的盲區更大[1]。因此，為了保障更好的行車安全，給汽車“掃盲”起到了至關重要作用。文章采用單片機AT89C51作為處理器，在倒車行駛時保證后視鏡不動。在燈光組合開關加裝系統控制開關，以當前車速和轉彎角度為限制對后視鏡實現視野合理調整，同時也要保證不會出現新的視野盲區，進而實現了汽車轉彎行駛時“掃盲”的良好效果，對行車安全起到了積極作用。

1 系統總體設計

視野拓展系統總體架構框圖，如圖1所示。其主要原理是在燈光組合開關處加裝控制開關，控制系統左右換向，增加小型發電機與減速機構相匹配，在發電機輸出端口串聯接入運放電路與電阻，在電阻兩端增加車速測量端口，將車速測量端口引入系統主板，將車速信號輸入處理器中，對采集到的信號進行運算處理，運算結果控制后視鏡轉動角度和轉動速度，從而實現視野的自動拓展。

圖1 視野拓展系統總體架構框圖

2 系統硬件設計

視野拓展系統硬件設計框圖，如圖2所示。

圖2 視野拓展系統硬件設計框圖

該拓展系統以AT89C51單片機作為微處理器[2]，配有開關傳感器檢測電路和繼電器驅動電路等，通過接收傳感信號，采用相關算法對汽車視野盲區系統進行智能控制，對視野提前預警判斷，其最小系統電路，如圖3所示。

圖3 視野拓展最小系統電路圖

電源模塊主要是將外部直流電壓穩壓為系統中使用的電壓，本次設計使用的是LM7805直流穩壓芯片，穩壓效果良好[3]。它可以輸入一個直流穩壓電源、輸出電壓為5 V，可為單片機運行提供所需的電壓。

該設計中電源部分電路原理圖，如圖4所示。

圖4 視野拓展系統電源模塊電路圖（12～5 V穩壓電路）

文章采用ADC0809是美國國家半導體公司生產的8通道A/D模數轉換器[4]，其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。

ADC0809的接線方式，如圖5所示。

圖5 視野拓展系統ADC0809部件電路圖

本次設計采用了一個ULN2003芯片驅動3個單刀雙擲繼電器（RELAY-SPDT），通過繼電器開關的通斷去驅動后視鏡電機電源，使后視鏡正常轉動。ULN2003電路，如圖6所示。

圖6 視野拓展系統ULN2003電路圖

本系統通過控制繼電器的通斷來控制后視鏡電路，從而達到控制后視鏡擺動的角度。通過控制繼電器的吸合時間來控制后視鏡驅動電路的吸合，從而確定后視鏡的擺角。本設計繼電器控制模塊電路，如圖7所示。

圖7 視野拓展系統繼電器端口控制電路圖

由于獨立鍵盤具有節省I/O口以及編程簡便等優點，因此本系統采用獨立鍵盤作為測試鍵盤。在燈光組合開關上增加左右轉向微動開關進而對左右換向行駛的信號進行檢測，并將改變鍵盤狀態的高低電平輸入單片機進行信號運算，讓單片機實現相應的信號處理并傳輸到執行機構上。獨立鍵盤的原理電路，如圖8所示。

圖8 視野拓展系統的系統按鍵電路圖

此外，驅動電機采用日本原裝的美上MITSUMI直流發電機。

3 系統軟件設計

本系統軟件主要編寫測速模塊的返回值，并加以處理，將處理后的車速值傳入到系統執行機構去執行和動作。

在構建完成系統硬件及通過后視鏡角度測試試驗后，使用嵌入式C語言來編寫本系統的軟件程序。采用模塊化軟件設計，編寫了初始化程序、AD轉換程序、按鍵程序及繼電器控制程序等。系統軟件總體流程，如圖9所示。

圖9 視野拓展系統的軟件流程圖

系統經初始化以后，主程序通過調用各子程序完成預定動作，達到控制繼電器的導通與斷開的目的。

4 結論

對于轉彎情況下汽車后視鏡轉動角度是經過精確的實車測量得到，該系統中的單片機通過轉向、方向盤轉向角度及車速進行監控和采集，在不增加新的視野盲區前提下，對后視鏡角度進行精確的調節，以便拓展轉向過程中的后方視野。這套系統的研發充分證明了用低成本、高科技的手段增強駕駛員駕駛的舒適性和安全性是可行的，此套系統有利于實車匹配的應用和推廣。