新型智能外后視鏡

丁星星，李曉洋，王挽月

（安徽三聯學院，安徽合肥，230601）

1 后視鏡的發展歷程

初始的汽車上沒有后視鏡這種裝置，在上世紀賽車比賽中都是一名駕駛者配一名觀察者專門觀察車輛后方的情況。在一次比賽中美國的賽車手瑞哈羅恩在自己的賽車兩側上設計了一種類似于后視鏡的鏡子并且在比賽時沒有攜帶助手，在這種情況下瑞哈羅恩獲得了比賽的勝利由此人們開始意識到外后視鏡的作用。1914年出現首個后視鏡被注冊專利，之后外后視鏡被廣泛用于車輛輔助司機駕駛。進入二十一世紀自動化的要求變高，很多的事物趨向于智能化，所以在市面上出現了智能后視鏡[1]。這種后視鏡最早起源于國外，所以國內市場對于智能后視鏡的研究居多，而真正對于智能后視鏡的研究主要從2014年開始流行，有關的申請專利數量也在逐年攀升。2016年申請量達到了歷史最高點之后其研究開始減少。所謂的智能后視鏡，通常是指汽車的智能后視鏡，其具有獨立的操作系統與運行空間，可以由用戶自行安裝軟件、游戲、導航等第三方服務商提供的程序，并可以通過WIFI或者移動通訊網絡來實現無線網絡的接入。一些消費者認為智能后視鏡會為其提供便捷，所以基于智能后視鏡的研究產生新的想法即新型智能外后視鏡的研究。

2 研究背景

社會在不斷的進步，出行方式也在更新從過去的步行、牛車、到現在的火車、飛機、動車、船只等。但是在人們出行選擇最多的還是汽車，有數據表明截至2021年6月，全國機動車保有量達3.84億量，其中汽車2.92億量并呈現上漲的趨勢。道路上的車輛變得越來越多帶來環境污染的同時也帶來了危險，每年因為汽車造成的傷亡人數不計其數。日常司機駕車過程是存在較大的視角盲區[2]，雖然外后鏡的出現解決了一定的盲區，但不能夠解決這一現象在行車中存在的危險。當下雨、霧霾等不理想的天氣發生時，外后視鏡所能看到的視野會縮小且變得模糊。另外在黑夜外后視鏡的視野本就不太好，這時后車的大燈過亮不僅影響前車的視野同時還可能引起前車司機視力恍惚和眩暈感，或者陽光強烈車鏡反光這兩種情況下都會影響對外后視鏡的使用無法體現其基本作用，這樣無疑為行車帶來了困難和危險。以上情況不僅在人們日常生活中的代步車中存在，也存在于貨物運輸的大貨車，通常這樣的貨車司機在運輸貨物時都存在疲勞駕駛的現象，一方面是高速公路上可供休息的服務區較少另一方面貨車司機有開夜車的習慣，而且車輛體積越大視野現象也就更加的明顯[3]，故這類司機本身的危險性也就變得更大?；谝陨系脑蛟O計一種新型智能的外后視鏡，在能給予司機提供方便的基礎上去保證了其自身安全，大大程度上降低危險的發生。

3 系統總體方案設計

系統由五大模塊組成分別有中央控制模塊、攝像頭、紅外檢測模塊、語音模塊，WIFI模塊以及蜂鳴器共同組成。整體硬件結構圖如圖1所示。

圖1 總體流程框圖

設計中采用的芯片型號為STM32F103ZET6，它內部集成了多種功能其性能極高。另外它的引腳數多達144個可操控的對象便增加了，大容量的儲存空間、多種定時器以及各種功能接口能夠以低功耗和高性價比的特點建立實時信息傳輸，在基本功能基礎上可以配合很多外設使用，集發現信息、處理信息、反饋信息為一身，正因為它出色的自身性能目前在各個領域都有著廣泛的應用。

3.1 模塊設計

它出色的信息處理能力，加上攝像頭ov7725的動態捕捉能力和無線模塊，能很好的實現短距離無線傳輸。裝置先由單片機驅動在外后視鏡位置的攝像頭，然后控制攝像頭轉動不同角度拍攝畫面，并且將所采集的圖像再返回給單片機，單片機對所接受的數據進行模數轉換的處理，隨后經過無線傳輸的WIFI模塊實現數據的實時傳輸，在車載電腦顯示屏上司機即可看到車輛周圍多方位的畫面。另外為了增加設計的優勢提高設計的性能，在實時檢測畫面的同時增加視頻儲存功能[4]，即將攝像頭所拍攝的畫面存放做成類似于行車記錄儀的功能，這樣如果發生車輛側邊事故的情況下也可以通過查詢存儲的視頻追究責任，查明原因。

設計使用的是GP2Y0A02型號的長距離紅外檢測模塊，其范圍20CM-150CM完全可以適應設計的要求。它的工作原理是當模塊發射紅外光線遇到障礙物時會產生反射波信號，模塊收到該信號時會將其轉化為電信號然后發射與接收的時間差即可依照公式即可得到距離，在本設計中采取計數方式得到時間進而得出距離值。

當模塊發送紅外線后第一次接收到返回時給單片機一個開啟信號并且讓計數器用頻率計數，當第二次再接收信號時單片機的計數器停止工作，通過脈沖的周期乘以脈沖數即可得到時間進而估算距離值。紅外模塊在系統中的作用主要是起到中間橋梁的作用，當估算的距離小于語音模塊設定的閾值觸發單片機啟動語音模塊工作提醒司機注意車輛周圍情況，如估算值在此基礎上更小的情況下則會觸發報警模塊，通過啟動車輛的剎車減小車輛的速度，以便給司機流出更多的時間快速做出正確反應。具體的流程圖如圖2所示。

圖2 紅外檢測框圖

語音模塊的設計目的是提醒在司機車輛周圍物體距離車輛超過安全距離，給予司機足夠的反應時間，從而去規避危險的發生。LD3320語音識別模塊可以與多種單片機結合使用，其詞條內容根據使用者的需求隨意改變而且修改操作簡單即只需修改程序中的拼音即可。此外該模塊采用高靈敏度麥克風設計小巧小的空間便能實現大功能，并且識別非常靈敏。設計中采用的是LD3320 語音識別芯片和SYN6288語音合成模塊組成的，兼顧了語音的識別和語音的播放功能，兩者的結合在實現設計要求的基礎上還可以根據使用者的個人習慣和想法設定自己特定的語音系統更具有人性化。

設計中因為需要將攝像頭采集的視頻傳輸給車載電腦，如果采用直接傳輸顯然是不可能的，所以我們以單片機為媒介借助WIFI實現數據的傳輸并顯示。這里我們采用的型號是ESP8266，它是一種低功耗的串口WIFI模塊，內部集成了MCU能實現單片機之間串口通信。它是一種專為移動設備和物聯網應用設計的產品，能夠實現互聯網霍局域網通信，實現聯網功能。ESP8266可以廣泛應用于各個行業，支持多種工作模式另外除了無線傳輸功能還可以兼做應用處理器作用，如圖3所示。

圖3 無線傳輸模塊圖

4 總結

本設計在不破壞原有的外后視鏡的基礎上增加了功能，無論是在前行還倒車過程中駕駛者不會因為觀察周圍情況不全造成事故，另外在外界的天氣情況惡劣下依舊能清晰觀察路況，并且別的車輛或人靠近自身車輛還可以提醒駕駛者注意減少意外發生。設計的創新點在于沒有取消外后視鏡而是增加功能，即使裝置發生錯誤還可以依照原來的方式安全駕駛。整個設計中采用的是基本的模塊化的設計，依靠簡單的元件、電路實現設計的要求，整體成本不高更加具有普遍性。如果想提高性能可以將其中的元件或模塊替換成高精度的型號，操作并不復雜可移植性強。