基于MK60和TSL1401的汽车停车位停车报警装置的设计

基于停车位的汽车停车报警系统是针对目前市场上被忽略的依据停车线为驾驶员设计的一款报警装置。该系统采用低成本的单片机、CCD传感器、超声波测距模块实现声光报警，具有方便调试，安装简单的特点。

随着社会经济的发展，汽车数量飞速增长，寻找停车位并准确停车是驾驶员必须面对的问题。一般停车位是用几条白线划分出来的，驾驶员坐在驾驶座上时，视野范围受限，利用后视镜只能观察侧后方白线且需要随时调整后视镜，往往停下后才发现车辆歪斜或者过于靠近白线等情况。如果能够提前预知车辆与白线的相对位置是否合理，就可以帮助驾驶员将车辆准确地停放到车位上，预防剐蹭等事故的发生。

基于停车位的汽车停车报警系统，与常见的汽车倒车雷达相似，除了周边障碍物，还针对停车位白线进行了报警设计。相对于价格昂贵的导航系统，该装置适用于配备低端车型，具有成本低廉、电路简单、精度满足需求的特点。

1 系统总体框图

汽车停车报警装置是一种安全辅助装置，由线性CCD图像传感器、超声波传感器、单片机控制系统、报警电路等组成。系统总体框图如图1所示。

图1系统总体框图核心控制器通过比对车身与白线或障碍物的相对距离来判断出车身停放是否准确合适，位置不合适即做出报警提示，使驾驶员能够更清楚地了解自己车辆周围障碍物的情况以及车辆与车位的相对信息，对于驾驶员的起步、停车和倒车都提供了很大的帮助，提高了驾驶员停放车辆的安全性。

2 主要器件及工作原理

由图1可知，系统所用的器件主要有单片机、CCD传感器、超声波测距模块。

2.1 单片机MK60N512VMD100

单片机是系统软件的载体，是控制系统的核心。系统中的线性CCD模块和超声波测距模块都是用软件驱动，选用K60系列单片机芯片MK60N512VMD100可满足需要［3］。

2.2 线性CCD传感器TSL1401

CCD图像传感器是一种可以直接将光信号转变为模拟电流信号的传感器，将电流信号放大并进行模数转换后，就可以实现图像的采集、存储、传输、处理和检索。从功能上说，CCD被分为面阵CCD和线阵CCD两大类。设计中使用CCD主要是检测停车位的白线，所以选择了较为简单的TSL1401线性CCD传感器。

2.3 超声波测距模块

超声波测距的主要方法包括幅值检测法、相位检测法、渡越时间法。本设计采用的HCSR04模块的测距法为渡越时间法。该模块可以提供2 cm~400 cm的非接触式距离感测功能，测距精度能达到3mm，模块包括超声波发射器和接收器以及控制电路。

3 设计中的细节问题

报警系统要达到预定的效果，还需注意传感器的设置、时序等问题。

3.1 线性CCD传感器

3.1.1 CCD个数及位置

CCD的功能是监测车辆相对于白线位置是否合适，防止车身歪斜或者靠近某侧白线，安装如图2所示。

如图2，通过比较6个线性CCD模块监测到的车身与白线的距离，可以判断车是否停好。

3.1.2 CCD曝光时间

因为汽车停车环境多变，必须考虑光线对于CCD输出信号的影响。要适应各种不同环境，不能使用一个固定参数。由于曝光量与输出电压密切相关，而曝光量取决于CCD模块所使用的镜头光圈大小以及程序所控制的曝光时间，相对于调整光圈大小，设置CCD程序锁控制其曝光时间更为简便。

3.1.3 CCD输出信号的放大

调节曝光时间即增加弱光环境下的曝光时间，减少强光环境下的曝光时间，但增加曝光时间会降低采样率，使控制周期变长，系统反应变慢。在保证不降低采样率的前提下，可采用放大器来增大线性CCD在晚上弱光时的输出电压。

3.1.4 驱动及时序

TSL1401 的驱动程序只需MCU控制CLK及SI两个端口按照既定时序发出方波信号，AO端就会依次输出128个像素点的模拟信号。

3.2 超声波测距时序

超声波测距时序如图3所示。控制器发出一个 10μs以上脉冲触发信号，测距模块即发出8个40 kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比，通过发射信号

到接收到回响信号的时间间隔可以计算得到车身与障碍物的距离。

距离=高电平时间×声速（340 m/s）/2。

4 软件设计

主程序流程如图4所示。初始化包括中断的初始化、I/O端口的初始化、定时器的初始化等。在初始化完成后，超声波测距模块和线性CCD模块开始工作，处理器接收其信号并进行处理，车身位置不合适时驱动报警。

5 测试结果及使用

测试使用实验小车，CCD选用蓝宙电子的TSL1401模块，利用集成运放构成11倍的放大电路，在晚上弱光环境下同样能达到50 Hz 的采样率，并且保证输出的电压在合理范围内。设置好偏差标准后，小车移动时，若车身位置不合适，可产生声光报警，达到设计及应用要求。

系统可直接安装于没有倒车装置的汽车上，成本低，调试简单。也可以在有倒车雷达的车辆上加装，以增强停车系统功能。在没有影像的情况下，用指示灯显示警示位置，比起只有报警音的倒车雷达，警示更直观。相对于利用导航系统锁定停车位并自动驻车的系统，该装置更适用于配置低端车型，或自行加装报警装置。