基于ADSP-BF609的汽車前向防撞系統硬件設計　

作者 曹景勝1 石晶1 單鵬1 郭銀景2

　　1.遼寧工業大學 汽車與交通工程學院(遼寧 錦州 121001)

　　2.山東科技大學 電子通信與物理學院(山東 青島 266590)

　　*基金項目：遼寧省教育廳重大科技平臺資助項目——基于機器視覺的汽車前向碰撞預警(FCW)主動安全系統研發(編號：JP2016014)

　　曹景勝(1984-)，男，碩士，實驗師，研究方向：智能汽車電子系統與汽車主動安全技術。

摘要：以攝像頭采集的視頻圖像為輸入，以ADSP-BF609微處理器為運算處理核心，詳細描述了汽車前向防撞主動安全輔助系統的硬件平臺架構和各個模塊電路設計，并研制了樣機。實驗表明，電路設計可靠穩定，為汽車高級駕駛輔助系統(ADAS)的研究和開發提供了硬件平臺。

0 引言

　　汽車作為人們出行的重要交通工具得到了快速發展，但是隨之而來的交通事故也頻繁發生^[1]，其中由于駕駛員反應不及時、操作不當、疲勞駕駛等導致的汽車前向追尾是造成交通事故的最主要原因之一。隨著集成電路技術的飛速發展，高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems，簡稱ADAS)已經成為當前汽車主動安全領域的研究熱點^[2-3]，ADAS主要包括汽車前向防撞預警系統(FCWS)、車道偏離預警系統(LDWS)、行人檢測(PED)等。其中汽車前向防撞預警系統在高級駕駛輔助系統中具有非常重要的作用，其利用安裝在汽車上的攝像頭，在第一時間采集前車視頻信號^[4]，并進行圖像處理、識別、測距，從而提示駕駛員察覺潛在的危險，提高汽車行駛主動安全性。

1 系統總體架構

　　系統以微控制器ADSP-BF609芯片為硬件平臺核心，汽車前端安裝高精度數字攝像頭，實時采集前車視頻圖像，并運行圖像處理、識別、測距算法計算汽車與前方車輛或者障礙物距離，若與前方車輛或者障礙物距離低于安全距離時，系統能及時進行聲光電預警，提醒駕駛員集中注意力，能夠提前預判汽車行駛工況，做出有利措施，提高行車安全系數?？傮w架構示意圖如圖1所示。

2 硬件設計

　　本系統采用的前端傳感器為攝像頭，基于視覺技術進行前向汽車的識別與測距，因此系統的核心處理器必須采用高性能的芯片，才能完成實時的運算處理功能。設計中采用了ADI公司的ADSP-BF609 Blackfin處理器。外圍配以車載電源電路、視頻采集電路、視頻顯示電路、語音告警電路、串口調試電路等。其系統硬件設計框圖如圖2所示。

　　2.1 ADSP-BF609芯片配置

　　ADSP-BF609 Blackfin處理器針對嵌入式視覺和視頻分析應用進行了優化，內部集成了雙核定點DSP處理器和獨特的流水線視覺處理器(PVP)。PVP是靠近Blackfin內核的一組功能模塊，專為加快圖像處理算法和降低整體帶寬要求而設計^[5]。由于具有以上的優點，使得BF609微處理器適用于汽車高級駕駛輔助系統、工業制造系統中的機器視覺和機器人等領域。

　　BF609微處理器內部存儲器包括L1和L2兩類存儲器，其中L1存儲器分為64 KB的數據存儲區域和80 KB的指令存儲區域;設計中將Core0內核的地址0XFF800000開始的16 KB區域配置成SRAM，將Core1內核的地址0XFF610000開始的16 KB區域配置成Cache，通過2組配置的分組關聯指令高速緩存和數據高速緩存大大加快了存儲器訪問速度。

　　BF609微處理器在復位后，其引導模式由專用SYS_BMODE輸入引腳決定，由復位配置寄存器的SYS_BMODE位來實現，引導模式如表1所示。本設計中由于BF609微處理器最小系統外擴展了2M 16bit的SST39VF3201 NOR FLASH存儲芯片，因此將引導模式配置成存儲器引導加載。

　　2.2 車載電源電路

　　本系統是汽車高級駕駛輔助系統中的一種，屬于車載設備范圍，考慮汽車環境電源為12 V直流電實際工況，設計了車載電源電路。采用LM2596S-5.0電源轉換芯片，該芯片內部集成頻率補償，使得輸出的電壓誤差在 范圍內，具有很好的線性和負載調節特性，輸入電源為車載12 V直流電，通過該電路轉換出的5 V直流電供下一級電路使用，其電路原理圖如圖3所示。

　　2.3 視頻采集電路

　　硬件設計中采集前車視頻圖像的傳感器選用的是具有300萬像素的OV3640數字攝像頭，如圖4所示，其通過I²C總線與BF609微處理器的雙線串行(TWI)接口相連形成控制通道，主要用于配置攝像頭寄存器。攝像頭采集的視頻圖像數據流輸入到BF609微處理器上的高速并行外設接口(PPI)接口進行運算處理。接口電路圖如圖5所示。

　　2.4 視頻顯示電路

　　本系統硬件設計定位在車載應用，設計中采用的是數字式視頻采集傳感器和視頻顯示器件，因此并未涉及模擬轉數字遇到的編解碼問題，這也符合車載電子設備設備體積小、低功耗、便攜式等特點。具體到視頻顯示電路采用的是車載4.3寸TFT液晶顯示屏，其具有寬工作溫度范圍、供電電壓低、無閃爍、便于集成等優點^[6]，考慮到夜晚行車的具體工況，設計中采用MIC8827芯片進行液晶屏的背光驅動，該芯片為1.2 MHz的PWM白光LED驅動器。將經過BF609微處理器運算處理后的前車測距圖像顯示到該液晶顯示屏，供汽車駕駛員隨時了解和掌握。其電路原理圖如圖6所示。

　　2.5 語音告警電路

　　汽車行駛過程中當與前車距離低于安全距離時，此時系統能及時給出預警，設計中采用了語音告警機制，選用了ISD1820錄放芯片，該芯片內置喇叭驅動放大電路，能夠自動節電，電流可低至0.5 μA。將ISD1820錄放芯片的控制使能端連接至BF609微處理器的中斷引腳，當預警發生時，通過觸發中斷進行控制輸出之前錄制好的告警語音信息。其電路圖如圖7所示。

　　2.6 串口調試電路

　　本系統硬件除了設計了各個功能電路外，還針對硬件交互以及隨后在電腦端進行控制信息打印等調試應用，設計了基于RS232串口的調試電路，將DB9串口頭通過MAX3232雙向轉換芯片與BF609的UART1引腳進行相連接，完成TTL電平到RS232電平的互相轉換。其電路原理圖如圖8所示。

3 樣機研制與測試

　　本系統硬件平臺經過原理圖設計、PCB布板以及加工焊接，已經研制完畢，其實物圖如圖9所示。

　　通電后進行NOR FLASH引導加載，使用攝像頭采集電腦上事先錄制好的基于Carsim汽車仿真軟件模擬的道路行車視頻，然后通過PPI接口傳輸給BF609微處理器，經過處理后顯示到4.3寸TFT液晶顯示屏上，視頻顯示流暢，達到預期的硬件功能設計目標。測試如圖10所示。

4 結論

　　針對汽車追尾引起道路交通事故的安全問題，基于ADSP-BF609 Blackfin處理器研究了汽車前向防撞預警系統，并詳細描述了系統的硬件平臺架構和各個模塊電路設計。研制了樣機并進行了測試，結果表明硬件設計達到預期目標，為汽車高級駕駛輔助系統領域的研究和開發提供了硬件平臺。

　　參考文獻：

　　[1]李都厚,劉群,袁偉,等.疲勞駕駛與交通事故關系[J].交通運輸工程學報,2010,10(02):104-109.

　　[2]王大興.汽車主動安全系統現狀與發展趨勢分析[J].汽車電器,2016(06):39-42.

　　[3]顧偉璐,羅文華,陳安柱.汽車主動安全技術和產品的現狀及發展趨勢[J].河北農機,2015(12):45-46.

　　[4]陳立嬌,許勇.基于傳感器的汽車主動安全設計[J].傳感器與微系統,2016,35(09):106-109.

　　[5]劉征宇,吳麗紅.基于ADSP-BF609的駕駛員疲勞檢測系統研究[J].科技創新與應用,2016(13):20-21.

　　[6]王振立,李博,彭寶新.基于ARM的TFT-LCD顯示系統設計[J].計算機測量與控制,2014,22(01):257-260.

　　本文來源于《電子產品世界》2018年第6期第36頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。