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基于PIC單片機的一種車載紅外夜視儀設計
姜平, 趙志旺, 閆民華,龔為佳
摘要: 隨著汽車市場的快速發(fā)展和安防意識的日益強化,人們對汽車安全保障技術的要求越來越高,而現(xiàn)有汽車照明系統(tǒng)在雪夜,、雪天或大霧等能見度較低情況下視距不遠,、效果不佳的弊病成為汽車行駛的安全隱患之一。更嚴重的是在夜晚行車時,,駕駛員通常會被對方車輛的燈光干擾出現(xiàn)盲區(qū),容易發(fā)生車禍。夜視系統(tǒng)卻可以在黑暗中幫助駕駛員導航,,使駕駛員在有燈光和黑暗兩種情況下都能看清駕駛環(huán)境。因此開發(fā)一種結構簡單,、性能穩(wěn)定,、可靠性好、適用性強的汽車紅外夜視系統(tǒng),,具有重要的市場應用前景,。
Abstract:
Key words :

 

    0 引言

    隨著汽車市場的快速發(fā)展和安防意識的日益強化,人們對汽車安全保障技術的要求越來越高,,而現(xiàn)有汽車照明系統(tǒng)在雪夜,、雪天或大霧等能見度較低情況下視距不遠、效果不佳的弊病成為汽車行駛的安全隱患之一,。更嚴重的是在夜晚行車時,,駕駛員通常會被對方車輛的燈光干擾出現(xiàn)盲區(qū),容易發(fā)生車禍,。夜視系統(tǒng)卻可以在黑暗中幫助駕駛員導航,,使駕駛員在有燈光和黑暗兩種情況下都能看清駕駛環(huán)境。因此開發(fā)一種結構簡單,、性能穩(wěn)定,、可靠性好,、適用性強的汽車紅外夜視系統(tǒng),具有重要的市場應用前景,。

1 系統(tǒng)總體設計

    1)系統(tǒng)原理
    根據(jù)工作原理的不同,,紅外夜視系統(tǒng)分為被動紅外夜視系統(tǒng)和主動紅外夜視系統(tǒng)。主動紅外夜視系統(tǒng)利用其所攜帶的紅外光源主動照射目標,,由光學系統(tǒng)的物鏡接收目標反射回來的紅外輻射,,并在紅外變像管的光陰極面上形成目標輻射的紅外圖象。變像管對目標的紅外圖像進行光譜轉換和亮度增強,,最后在熒光屏上顯示出目標的可見光圖像,,人眼可通過目鏡觀察增強了的目標圖像??紤]到使用的耐久性,、經(jīng)濟的合理性、器件的通用性等等,,大多選擇主動式紅外夜視系統(tǒng)作為車載系統(tǒng),。
    根據(jù)功能目標和設計要求,本系統(tǒng)主要由紅外照射燈,、CCD攝像機,、視頻處理系統(tǒng)及車載顯示器組成。

    2)硬件設計

    (1)攝像機選定
    攝像機又稱攝像頭或CCD,,它能夠將光線變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛Υ婕稗D移,,也可將儲存的電荷取出使電壓發(fā)生變化,是理想的攝像元件,。其工作原理為:被攝像體反射光線,,傳播到鏡頭,經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上,,CCD根據(jù)光的強弱積聚相應的電荷,,經(jīng)周期性放電,,產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號,,經(jīng)過濾波、放大處理,,通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的復合視頻信號,。此處選擇WAT-902H2型攝像頭作為攝像機。它具有攝像效果好,、易檢修,、經(jīng)濟實惠的優(yōu)點。

    (2)紅外照射部分的設計
    選用遠紅外激光器作為光線發(fā)射器,。它是一種單色性好,、光束集中,體積小、壽命長,、電光轉換效率高的激光發(fā)射器,。由光纖耦合半導體激光器、驅動電路,、溫控電路和光束整形鏡頭組成,。核心部分為驅動電路設計。選用DD312作為驅動芯片,,它是一款專為大功率LED所設計的單通道恒流驅動芯片,,為電流吸人式架構,可提供最大1A的恒流輸出,,并支持使能端開關功能,,單片機指令信號通過光耦加到DD312的使能端,控制激光器的開關,。驅動電路見圖1,。

    (3)電源模塊的設計

    系統(tǒng)中顯示器、單片機,、MAX487通信芯片,、CCD攝像機、激光發(fā)射器驅動電路都需要電源供電,。其中單片機,、DD312驅動芯片要求電源電壓比較穩(wěn)定、紋波小,、電磁干擾小,。采用LM2576模塊為單片機以及DD312驅動芯片提供穩(wěn)壓電源(圖2)。MAX4877芯片工作電壓比較高,,范圍比較寬,,采用NW1-05S05S功率變換模塊為之提供電源。

    (4)控制系統(tǒng)的設計

    采用PIC16F877A,、PIC16F876A兩種單片機作為系統(tǒng)的控制芯片,,整個控制系統(tǒng)也即為一個小型的傳動系統(tǒng)。其中PIC16F877A單片機作為傳動系統(tǒng)的初始端,,負責數(shù)據(jù)采集和“記憶”按鍵,;Max487芯片為通信芯片,負責接收和傳遞信號,。PIC 16F876A單片機作為傳動系統(tǒng)的接收端,,控制電機的轉動。

    令總線分離的哈佛總線結構,。它連接各個終端設備,,響應主控機發(fā)送來的查詢命令,,并將被測設備的狀態(tài)信息回送給主控機。單片機的I/O口與被測設備的終端相連,,以獲取所需狀態(tài)信息,。電路分為三部分:數(shù)據(jù)采集電路(圖3)、LED顯示電路,、按鍵電路,。

    單片機2腳外接溫度傳感器,將系統(tǒng)實時溫度變化信號傳遞給單片機,;3~7腳外接LED顯示電路,,引腳低電平信號接通時,相應的LED變亮,;8,、9腳外接激光器驅動電路,對激光器狀態(tài)進行檢測,;19腳外接半導體制冷器,,搜集信息,并決定是否觸發(fā)半導體制冷器工作,;22,、25、26腳接通信電路,,向主控芯片傳遞信號,;27~40腳為云臺和鏡頭按鍵檢測信號,當操作人員按面板上的按鍵時,,單片機通過這些端口接收到按鍵信號,,通過通信電路將這些信息發(fā)送到主控芯片,主控芯片收到信號后進行分析,、控制,,執(zhí)行相應的命令。

 

    ②通信電路
    通信電路連接傳動系統(tǒng)的初始端和接收端,,主要功能是實現(xiàn)信號的接收與傳遞,。采用Max487芯片,它是一款用于通信的低功率半雙工收發(fā)器件,,內部集成了一個驅動器和接收器,。初始端首先對信號進行編碼,,接收端對信號進行解碼,,同時為了消除干擾,采用光耦對電路進行了隔離,。見圖4,。

    ③末端
    末端控制芯片采用PIC 16F876A單片機,。RA0-RA5、RC0,、RC1引腳分別為檢測云臺上到位,、下到位、左到位,、右到位,、上復位、下復位,、左復位,、右復位的八個信號輸入端口;RB0-RB7為控制鏡頭焦距,、放大,、云臺上下左右轉動的八個端口,外接繼電器電路控制電機轉動,。如圖5所示,。

    3)軟件設計
    整個系統(tǒng)軟件分為主控機PIC 16F876A端和從控機PIC16F877A端。除了通信接口部分的軟件以外,,主控機端軟件還包括用戶界面,、數(shù)據(jù)處理等。從控機端軟件包括數(shù)據(jù)采集和MAX487通信程序,。從控機端通信接口軟件流程如圖6所示,。

2 實驗結果

    圖7為高速公路拍攝到的圖片。其中a為不使用夜視系統(tǒng)時的圖片,,b為使用夜視系統(tǒng)時的圖片,。實驗結果證明:此系統(tǒng)能使司機在黑暗中準確辨認前方的道路,減少交通事故,。

3 結束語

    本文利用PIC單片機,,設計了一整套紅外夜視系統(tǒng),具有結構簡單,,可靠性高等優(yōu)點,。特別適用于長途車駕駛,可以有效減少交通事故,,具有十分良好的社會效益,。

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