车辆变线行驶警示辅助系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 如何为驾驶员提供一个有效实用的安全驾驶辅助系统，是车辆安全驾驶的一个重要课题。车道偏离预警系统 (称 是最有效的解决工具。目前 国 内 外已经 引起了广泛的关注并且 开展了广泛的研究。 本文 通过分析 车辆变线行驶过程中道路信息特点及现实情况驾驶员的驾驶习惯对车辆变线行驶警示辅助系统 进行了研究 。 通过摄像头采集 道路 车道线 视频 图像， 来确定车辆 行驶在 车道中的 状态 ， 系统 检测到驾驶员 未 发出的 变线 意图，但车身马上或已经 超越两侧 车道 线时， 系统 便会判定车辆已偏离车道，并发出 警告 。 警示部分 给于 人体视觉、听觉 、触觉 形式 上的 警告。并对行驶辅助系统做了进一步的探讨， 系统以为 控制单元 ， 转向 机构 通过 像头 采集 的道路信息进行 馈控制 ， 速度电机的转速采用 级联双通道的 制 。 并进行了相应的 模拟 道路实验，取得了良好的道路感知效果。该论文的研究对于 车辆变线行驶警示辅助系统 研究提供了一条可行的研究途径。 关键词： 变线 ； 警示 ； 视频 ； 制 ； 制 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 t is an ow to an to be at In by of of of s of of to in of is to a or of to of as a CD to ID of WM to a of of a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 摘要 . I . 1章 绪论 . 1 题背景 . 1 究发展现状 . 1 计的主要内容 . 3 第 2章 车辆变线行驶中道路信息特点分析及方案的确 定 . 5 辆变线行驶中道路信息的特点 . 5 线警示系统中道路信息采集方案的确定 . 5 章小结 . 7 第 3章 模拟人视觉方式的图像采集及处理方法 . 8 频图像信号的特点 . 8 道线采样方法 . 9 道线视频同步信号分离芯片 . 9 频同步信号分离电路设计 . 10 道线采样方案及程序流程图 . 11 频模拟信号的 A/D 处理 . 错误 !未定义书签。 辆行驶时在车道中位置的判断 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 4章 车辆警示辅助模块的设计 . 错误 !未定义书签。 辆警示辅助模块的电路设计 . 错误 !未定义书签。 辆警示辅助模块的 软 件控制 . 错误 !未定义书签。 验车正常变线行驶模式控制 . 错误 !未定义书签。 验车行驶方向自动修正控制 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 5章 试验车辆的主控模块设计 . 错误 !未定义书签。 验车电源管理设计 . 错误 !未定义书签。 V 供电电源 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V 供电电源 . 错误 !未定义书签。 控核心 围电路设计 . 错误 !未定义书签。 12 时钟电路设计 . 错误 !未定义书签。 12 复位电路设计 . 错误 !未定义书签。 12 电源电路设计 . 错误 !未定义书签。 口电路设计 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 6章 模拟驾驶的无线遥控模块设计 . 错误 !未定义书签。 线遥控模块的工作原理 . 错误 !未定义书签。 线遥控模块的选择 . 错误 !未定义书签。 验车辆无线遥控的实现 . 错误 !未定义书签。 辆的前进、后退功能 . 错误 !未定义书签。 辆的左转、右转功能 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 第 7章 试验车辆的行驶控制设计 . 错误 !未定义书签。 验车速度控制模块的设计 . 错误 !未定义书签。 机驱动电路的设计 . 错误 !未定义书签。 机的软件控制 . 错误 !未定义书签。 机速度的反馈控制 . 错误 !未定义书签。 验车转向控制模块的设计 . 错误 !未定义书签。 向机构的安装 . 错误 !未定义书签。 向模块的工作原理 . 错误 !未定义书签。 向控制方式的实现 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 附录 A 舵机的参数调整源程序 . 错误 !未定义书签。 附录 B 调试程序的车道图及试验车辆 . 错误 !未定义书签。 附录 C 源程序 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 附录 D 试工具介绍 . 错误 !未定义书签。 附录 E 英文文献 . 错误 !未定义书签。 附录 F A/D 数据 . 错误 !未定义书签。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1章 绪 论 题背景 中国每年超过 11 万人死于车祸， 交通事故已经成为现代社会的第一公害。交通问题已经成为全球范围令人困扰的严重问题。大部分的事故皆由人为因素引起，而疲劳与分心则是主要的原因。针对交通安全问题虽然瞌睡侦测、 脑电波等相关研究都致力于提醒驾驶员，但是其效果并非相当令人满意。再加上系统的反应时间以及系统成本因素无法全面普及，从而警示避免碰撞事故发生。 因此，如何提高交通主动安全性已经成为急需解决的社会性问题。 道路偏离系统可以大大减轻驾驶人员的驾驶工作，提高交通系统的安全性。沃尔沃汽车研究人员估计，在车速 70 100km/h 之间时，车道偏离警示系统可以使这类事故减少 30 40%。为了进一步提高机动车在行驶中的安全性，欧盟委员会规定：从 2013年起所有新出厂的货车和其他重型汽车必须安装车道偏离预警系统 (称 专家认为，欧盟境内的车辆安装了 统后，每年可避免 1000 人死于交通事。各国汽车市场上配有电子稳定系统的汽车越来越多，紧急制动预警系统和车道偏离预警系统也相继加入整车制造之中 1。可见车辆变线行驶警示辅助系统的研究具有潜在的经济价值和广泛的应用前景 究发展现状 如何为驾驶员提供一个有效实用的安全驾驶辅助系统，是车辆安全驾驶的一个重要课题。 载安全驾驶辅助系统将是最有效的解 决工具。目前，车载安全驾驶辅助系统在国外已经开展了广泛的研究 。 在欧洲，早在 1987 年奔驰公司和德国国防军大学联合研制 列自动驾驶汽车就已创下了道路标志线跟踪的最高时速 97km/h。在随后几年不断创造新的时速记录并且具备了超车换道功能和对多种气象条件的适应能力，其核心是运行于 的视觉导航系统。研制的 统也已在高速公路和普通标准公路上进行了大量实验，实验内容包括跟踪车道线，躲避障碍，以及自动超车等。利用自适应控制进行纵向及横向自主方式行为实验，该系统 1995 年公布的最高 时速可达 130h。 法国帕斯卡大学自动化与电子材料科学实验室与法国 铁龙 术中心合作研制 统，其视觉系统使用单摄像机实时检测并跟踪路白线，采用高斯滤波和平均值计算确定灰度标准方差，利用梯度计算确定车道线的右 (或左 )边缘，同时选择多项式函数建立轨迹模型，利用时空光滑方法降低噪声和提高鲁棒性。买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 当车体前方或驾驶参数出现非正常状况时，系统以语音信号的方式向驾驶员发出警告性提示，以避免或降低因驾驶员疏忽所引发的行车事故，提高车辆在道路行驶中 的安全性，可见该系统完成 的是相对简单的安全警告与辅助导航功能 2。 意大利帕尔马大学研制的 车，其核心是 觉导航系统，它基于道路平坦假设，采用单摄像机重投影完成平行的道路标志线检测，双摄像机重投影完成车辆检测功能，根据 觉系统， 验车能够自动控制方向，实现道路跟踪，此外还能够实现人触发的换道操作。在美国，卡内基米伦大学（ 多家汽车公司研制 列车， 1995 年建立了智能实验车 动跑车。 术公司合作在 开发了 携式高级导航支撑平台，以及快速自适应车体定位处理器 觉系统。 验车的功能： 1、 车道保持 运用道路平坦假设，检测和追踪道路标记，控制车辆横向位置 。 2、 障碍物检测 利用激光雷达测量距离信息 。 3、 油门和刹车 由驾驶员控制。 图像处理和道路识别策略：采用视觉窗口技术，仅处理感兴趣区域的局部信息，统选取一个随车速变化的梯形窗口，该梯形窗口中每一行对应的实际水平宽度约 7m 左右，大约为典型车道宽度的两倍，然后对梯形窗的内容进行几何变换，建立一个 3032 像素 的低分辨率图像，满足实时性要求道路检测使用道路平坦假设和平行于道路的特征如车道线、道路边界等识别道路。 主驾驶的平均速度为 88. 5 h，还首次进行了横穿美国大陆的途自主驾驶实验，距离长达 4586计结果表明， 自主驾驶的行程 4496占总行程的 在 1997 年研制了 型商务车，能够进行方向速度控制，依然是 觉系统。在日本，也成立类似专门机构，每展示 试验车 辆取得的新成就，并在高级安全车辆上安装了这些成果，提供车道跑警告， 车距保持及障碍检测功能 3。 日本在货运车辆上安装了驾驶员疲劳状况监测装置，使在凌晨发生的交通事故率明显下降。另外，在日本和欧洲的货运车辆中，戴姆勒 000 年前就为他们的货车安装了视频技术的车道识别系统，并成功的销售了 7000 辆采用这种道识别系统的货车。而日本的本田公司在他们的型中配备了 道识别系统 4。 清华大学也非常重视汽车电子的发展，信息学院整合电子系、计算机系、自动化系以及微电子 所的科研力量，于 2005 年 4 月成立了汽车电子实验室。车载视频安全驾驶辅助系统是汽车电子实验室重点支持的项目。项目组提出了一种组合式车载视频系统由前向摄像机和驾驶员摄像机组合构成。通过前向摄像机，可以检测车买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 辆对车道线的偏离，也可以检测车辆前方的行人，自车辆与前方车辆的间距等，当视频传感器检测出异常状况时，如偏离车道线，突然出现行人，以及与前方车辆距离过于接近等情况时，及时发出声音提醒驾驶员采取措施。同时，安装在驾驶室内的另一台摄像机则用于司机驾驶状态的监测，当由于长途旅行，舟车劳顿，司机疲惫不堪，呈 现瞌睡现象或注意力分散时，或酒后驾驶神志不清时，系统立即发出声音及时唤回司机的注意力，避免交通事故的发生 5。 2008 年 7 月 15 日 法雷奥 (车道偏离警示系的研究而获得日产全球创新大奖。配备该系统的新车型有 该系统利用了摄像头和传感器技术来判断车辆和车道标线之间的距离。如果车辆在驾驶员没有发出信号的情况下偏离车道，该系统将向驾驶员发出听觉或视觉的警示，并缓慢地使用制动器来帮助车辆回 到车道。可见车道偏离技术有助于降低由于不经意间偏离 车道而引发的事故 。 沃尔沃公司研发的车道偏离警示系统 (将在今年底率先搭载在沃尔沃 新款车型上。车道偏离警示系统通过在中控台上的一个按钮被激活，如果驾驶员在行车过程中跨越原来的车道，但没有转向的操作（如打转向灯），该系统会发出轻微的警示音。该系统也是通过一台摄像机检测车辆在车道线之间的位置，当车速超过 60km/h，该系统激活；当车速超过 65 km/h，系统便开始进行干预。 依靠摄像头来监测车身与路面标线。当系统并未检测到驾驶员 发出的转变意图 (如拨打方向灯 ) ，但车身已超越两侧标线时， 会判定车辆已偏离车道，并发出声响警告。 计的主要内容 1、 道路信息检测 电路的设计 摄像头输出的是标准的视频复合信号，利用同步信号分离芯片 片机的 A/D 转换器可以对道 路视频信号进行采集，从而得到图像数据，经二值化处理就可以得到车道线 轨迹在图像上的点阵。 2、 警示模块 电路的设计 包括 动电机、蜂鸣器等报警器还包括对行驶道路的检测和修正 。 3、 无线遥控模块电路的设计 实现车辆的前进、后退、左转、右转和在 开启左、右转向灯时关闭警示系统 。 4、 电源电路的设计 单片机最小系统的工作电压是 5V，摄像头的工作电压是 9V，而电池电压是 保证单片机和传感器工作稳定可靠电源电路的设计十分重要 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 5、 转向机构及电机控制电路的设计 舵机是转向机构的重要元件，其工作过程是单片机通过 A/D 对摄像头 采集的路面信息进行处理，再通过 术对舵机进行适时的控制。 直流电机的转速 是通过动电路 采用 制 的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 第 2章 车辆变线行驶中道路信息特点 分析及方案的确定 行驶中道路信息的特点 针对的道路是结构化道路，一般指高速公路和部分结构化较好的公路，它们具有清晰的车道线和道路边界，车道线一般是连续的白 (黄 )线或短划线，在这种情况下，道路检测问题可以简化为车道线或道路边界的检测问题。 图 际车道路面状况 经过对车辆在实际驾驶中，所拍摄到的路面状况分析，发现在摄像头 视 野 主要是车辆所在当前车道的道路标识线，而其他车道的标志线较远，并且在图像底部只存在当前车道线的白色标识线（如图 这就简化了我们的搜索方法，在图像底部开始搜索，满足我们要求的线段点就是道路 标识线。 本系统选用的是 像头， 电荷耦合器件，是一种应用广泛的固体成像器件，它是在大规模集成电路工艺基础上研制而成的模拟集成电路芯片。这种 片借助于必要的光学系统（即镜头）和合适的外围驱动与处理电路，可以将景物图像，通过输入面空域，进行逐点的光电信号转换，存储和传输，并在其输出端形成一时序视频信号。 像机工作方式是：被摄物 反射光线，传递到镜头，经镜头聚焦到 片上， 据光的 强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一副副画面的电信号，经滤波、放大等图像处理，通过摄像机的视频输出端子输出 6。 以下特点： 1、 一种固体化器件，具有体积小、重量轻、电压低、可靠性高、寿命长买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 等一系列优点。 2、 具有很理想的 “扫描 ”线性，可进行行 像素 寻址，可变换 “扫描 ”速度，畸变小、尺寸重现性好，特别适用于尺寸测量、定位和成象传感等方面。 3、 有很高的空间分辨率：线阵器件现今已有 7000 象元、分辩能力可达 7m， 面阵器件已有 4096 的器件。 4、 有数字扫描能力：象元的位置可 由数字代码确定，便于和计算机结合。 5、 光敏元间距的几何尺寸精确，可以获得很高的定位精度和测量精度 6、 具有很高的光电灵敏度和的的动态范围：目前好的器件，灵敏度可达 态范围 106:1，信噪比达 60此，该类器件在特定的条件下与微光象增强器输出端耦合，甚至可以检测到一个光电子。 7、 据率可调：因此可适用于动态、静态等各种条件下的测量，而且还可利用电子快门面阵 统实现高速瞬态的记录。 综合 像设备的上述优点，我们选择 像头作为视觉系统的图像采集设备 。 参数选择：现有的 片已开发出的有 2/3”、 1/2”、 1/3”1/4 等 列，目前为 像头所普遍使用的是 1/3”芯片，其成像尺寸为 米，对角线为 6毫米。另外， 阵 像素 的多少决定了图像所能达到的基础分辨率， 像素 越多，分辨率但是如果 像素 过多的话，必然引起处理时间 的增加 ， 从而降低系统的实时性 7。所以根据系统的整体设计，选用黑白型 道路图像采集的方案有两种： 第一种是采用一个摄像头，第二种是采用两个摄像头。采用一个摄像头的优点是安装容易，单片机处理的数据量小，视频信号 的处理的电路也比较的简单。能采用一个摄像头固然非常好，但由于受摄像头所能采集到得道路图像信息的范围的限制，采用一个摄像头并不能将前方道路信息完全采集到 具有盲点 ，会有检测不到车道线的情况。这样对道路情况的描述 产生很大的影响，对车辆的控制和警示产生偏差。 故此方案舍弃，采用第二种方案。 摄像头的安装及采集到得道路图像如图 图 图 示 。 图 像头采集的车道线 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 图 表示摄像头， 表示摄像头的图象采集 图 像头的安装 本章主要介绍了道路信息 的 特点 ，根据现实道路的具体形态 来分析该系统的设计方案，即采用 像头检测车道线的方式来描述车辆在行驶时的姿态 。 及方案的选择问题，采用两个摄像头来 采集道路图像信息。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 3章 模拟人视觉方式的图像采集及处理方法 摄像头的工作原理是：按一定的分辨率，以隔行扫描的方式采集图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度一一对应的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。具体而言（参见图 摄像头连续地扫描图像上的一行，则输出就是一段连续的电压 信号，该电压信号的高低起伏反映了该行图像的灰度变化。当扫描完一行，视频信号端就输出一个低于最低视频信号电压的电平（如 并保持一段时间。这样相当于，紧接着每行图像信号之后会有一个电压 “凹槽 ”，此 “凹槽 ”叫做行同步脉冲，它是扫描换行的标志。然后，跳过一行后（因为摄像头是隔行扫描的），开始扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的视频信号，接着会出现一段场消隐区。该区中有若干个复合消隐脉冲，其中有个远宽于（即持 续时间远长于）其它的消隐脉冲，称为场同步脉冲，它是扫描换场的标志。场同步脉冲标志着新的一场的到 来，不过，场消隐区恰好跨在上一场的结尾和下一场的开始部分，得等场消隐区过去，下一场的视频信号才真正到来 7。 式摄像头每秒扫描 25 幅图像，每幅又分奇、偶两场，先奇场后偶场，故每秒扫描 50 场图像。奇场时只扫描图像中的奇数行，偶场时则只扫描偶数行。 图 摄像头视频信号 由于摄像头产品说明上通常只会给出有效像素和分辨率（分辨率即为每场信号中真正为视频信号的行数），但不会具体介绍视频信号行的持续时间、它们在每场信号中的位置、行消隐脉冲的持续时间等参数，而这些参数又关系到图像采样的有效实现 ，因此利用 定时器对这些参数进行了实际测量。 具体测量结果见表 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 波器显示的波形 表 视频信号时序参数 信号属性 行序号 行持续时间 行同步脉冲持续 时间 消隐脉冲持续时 间 场消隐区 11 6 6 28 12 频信号区 232 消隐区 3113 15 62 16 20 53 26 从上表可以看出，该摄像头扫描的每场中有 320 行信号，其中第 23 行到 310 行是视频信号，第 311 行到下一场的第 22 行是场消隐信号。在视频信号区，每行信号持续的时间相同，约为 64每行的行同步脉冲持续时间也相同，约为 在场消隐区，每行持续的时间会有所变化，每行对应的消隐脉冲持续时间，也有变化。场消隐区中第 320 行的消隐脉冲持续时间远长于其它消隐脉冲，此脉冲即为场同步脉冲 。 频同步信号分离芯片可从摄像头信号中提取信号的时序信息，如行同步脉冲，场同步脉冲，奇、偶场信息等。引脚 2 为视频信号输入端，摄像头信号即由此输入 脚 1 为行同步信号输出端，它输出的信号波形只是输入的摄像头信号在黑屏电位之下的波形的简单复制（对比图 b 和 a）。引脚 3 为场同步信号输出端，当摄像头信号的场同步脉冲到来时，该端将变为低电平，一般维持 230文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 然后重新变回高电平（如图 的 c）。引脚 7 为奇 摄像头信号处于 奇场时，该端为高电平，当处于偶场时，为低电平。奇 就是和场同步脉冲后的上升沿同步（如图 的 d）。事实上，设计不仅可以用场同步信号作为换场的标志，也可以用奇 图 号时序图 摄像头视频信号端接 视频信号输入端，同时也接入 一个 换器口 。 行同步信号端（引脚 1）接入 一个带中断能力的 I/O 口 ，中断能力的界面除 T 口外还有 H 口 、 P 口、 J 口和 E