1系统结构

本文提出的可视倒车装置硬件电路框图如图1所示，主要由Intel嵌入式处理器PXA270、视频采集、超声波测距等电路组成。两对超声波换能器、信号调理电路和微控制器完成对障碍物的距离测定，并通过LIN总线发送至车内主系统；摄像头采集到的视频复合信号通过同轴电缆送至视频解码芯片进行A/D转换，并产生YUV422格式的视频信号输入PXA270的快速捕捉摄像头接口；主系统处理器利用字符叠加技术，在TFTLCD屏上将含有障碍物距离等参数的图像信号播放出来。

图1 可视倒车硬件电路图

1.1嵌入式处理器PXA270

本系统所采用的嵌入式处理器PXA270其最高主频达624MHz,加入了WirelessMMXTM技术，从而提升了多媒体处理能力，同时还加入了IntelSpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，最大限度地降低移动设备功耗；并拥有丰富的外部接口：如AC’97控制器、LCD控制器、CIF接口、SD卡接口等。

1.2视频采集电路

车内主处理器PXA270的CIF接口只能处理数字信号，因此必须先将摄像头采集到的模拟信号进行转换。本系统的视频输入解码模块使用TI公司的视频解码芯片TVP5150及外围电路构建，其主要功能是将每一路CCD摄像头采集的标准PAL制电视模拟信号发送至视频解码器，完成视频图像的箝位及抗混叠滤波等预处理、模拟视频信号到数字YUV4:2:2的转换及亮度/色度、水平/垂直同步等信号的分离。解码芯片和PXA270通过CIF接口连接，PXA270通过I2C总线访问TVP5150的内部寄存器，协调处理器与解码器之间的工作交流。

1.3超声波测距电路

测距电路主要由超声波发射电路和接收电路组成，原理框图如图2所示。该模块单片机选用Freescale公司的MC68HC908QL4,该芯片可靠性高、抗干扰能力强，内含4kB闪速存储器，四通道10位A/D转换器，并集成了LIN控制器。超声波探测车物之间的距离，并将数据经LIN总线传送至车内主处理器。由于超声波测距只在汽车倒车时为驾驶员提供车后信息，而倒车时车速较慢，与声速相比可认为是静止的，因此采用脉冲测距法，只测量超声波在测量点与目标间的往返时间计算距离较简单。

图2 超声波测距工作原理图

（1）超声波发射电路超声波发射电路如图3所示。当汽车驾驶员手柄转到倒车档时，测距电路开始工作，微控制器发出40kHz方波信号，经驱动电路放大后，通过探头发射出去，此时计数器开始计数。

图3 超声波发射电路图

（2）超声波接收电路超声波接收电路如图4所示。采用专用前置放大器CX20106,由前置放大器、限幅放大器、带通滤波器、检波器、积分器、整型电路组成。其中，前置放大器具有自动增益控制功能。超声波信号在空气中传播遇到障碍物后发生反射，回波经接收探头接收并转换成电信号，经条理电缆，输入到微控制器的外部中断口，使计数器停止计数，从而计算出障碍物的距离。

图4 超声波接收电路

1.4LIN总线收发器接口电路设计

LIN是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制，是一种辅助的总线网络，在不需要CAN总线的带宽和速度的场合可大大节省成本。LIN通讯是基于SCI异步串行通信的数据格式，采用单主控制器/多从设备的模式，仅使用一根12V信号总线和一个无固定时间基准的节点同步时钟线。TJA1020是常用的LIN主/从协议控制器和LIN总线的物理接口芯片，接口电路如图5所示。

图5 LIN收发器接口电路

2 软件设计

2.1系统平台的定制

WindowsCE是微软专门为各种嵌入式系统设计的一种高效、可升级的操作系统，广泛用于各种嵌入式产品。为定制该装置的WindowsCE操作系统，首先根据硬件配置，在PlatformBuilder开发环境中导入Intel提供的BSP板级支持包，并开发自己的OEM硬件适配层、组件。操作系统映像建立成功后，再将平台传输到目标设备进行测试。最后输出软件开发工具包，在EVC++环境中开发应用程序，WindowsCE定制过程如图6所示。

图6 Windows CE操作系统的定制过程

2.2摄像头驱动程序设计

本文述及的驱动是在WindowsCE下实现的。摄像头驱动程序的主要任务是控制视频数据在硬件中流动，并为摄像头应用程序提供标准接口。为简化编程难度，考虑到CIF接口的工作方式比较独立，采用类型为流接口驱动的单片驱动程序模型：即为每一个流接口驱动创建一个包含驱动程序的入口点动态链接库，实现文件I/O和电源管理函数交给内核使用。摄像头驱动程序的流程图如图7所示，其工作内容如下：

图7 摄像头视频数据传输流程图

（1）负责通过I2C总线查询摄像头解码器的信息，调节摄像头解码器的设置；

（2）建立和控制DMA传输通道，通过DMA方式将CIF接口中的3个FIFO内的数据信息传送到内存中，从而实现快速高质量的数据传送；

（3）提供可以给应用程序使用的接口。

2.3超声波测距软件设计

超声波测距软件主要包括测距及数据发送，其流程图如图8所示。

图8 超声波测距流程图

3 结论

软硬件联合调试成功后，在实际车辆上进行了倒车试验。摄像头实际捕捉到的视频信号在LCD上的显示结果如图9所示。图9中数字为超声波测距数据。试验表明，该系统运行可靠，倒车时不但能清晰实时显示车后全景，而且还能准确测量汽车与车后障碍物之间的距离，基本达到了设计要求。

图9 可视倒车装置在LCD上的视频捕获窗口