基于PIC單片機的一種車載紅外夜視儀設計

0 引言

　　隨著汽車市場的快速發展和安防意識的日益強化，人們對汽車安全保障技術的要求越來越高，而現有汽車照明系統在雪夜、雪天或大霧等能見度較低情況下視距不遠、效果不佳的弊病成為汽車行駛的安全隱患之一。更嚴重的是在夜晚行車時，駕駛員通常會被對方車輛的燈光干擾出現盲區，容易發生車禍。夜視系統卻可以在黑暗中幫助駕駛員導航，使駕駛員在有燈光和黑暗兩種情況下都能看清駕駛環境。因此開發一種結構簡單、性能穩定、可靠性好、適用性強的汽車紅外夜視系統，具有重要的市場應用前景。

1 系統總體設計

　　1)系統原理

　　根據工作原理的不同，紅外夜視系統分為被動紅外夜視系統和主動紅外夜視系統。主動紅外夜視系統利用其所攜帶的紅外光源主動照射目標，由光學系統的物鏡接收目標反射回來的紅外輻射，并在紅外變像管的光陰極面上形成目標輻射的紅外圖象。變像管對目標的紅外圖像進行光譜轉換和亮度增強，最后在熒光屏上顯示出目標的可見光圖像，人眼可通過目鏡觀察增強了的目標圖像。考慮到使用的耐久性、經濟的合理性、器件的通用性等等，大多選擇主動式紅外夜視系統作為車載系統。

　　根據功能目標和設計要求，本系統主要由紅外照射燈、CCD攝像機、視頻處理系統及車載顯示器組成。

　　2)硬件設計

　　(1)攝像機選定

　　攝像機又稱攝像頭或CCD，它能夠將光線變為電荷并可將電荷儲存及轉移，也可將儲存的電荷取出使電壓發生變化，是理想的攝像元件。其工作原理為：被攝像體反射光線，傳播到鏡頭，經鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，經周期性放電，產生表示一幅幅畫面的電信號，經過濾波、放大處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的復合視頻信號。此處選擇WAT－902H2型攝像頭作為攝像機。它具有攝像效果好、易檢修、經濟實惠的優點。

      (2)紅外照射部分的設計

　　選用遠紅外激光器作為光線發射器。它是一種單色性好、光束集中，體積小、壽命長、電光轉換效率高的激光發射器。由光纖耦合半導體激光器、驅動電路、溫控電路和光束整形鏡頭組成。核心部分為驅動電路設計。選用DD312作為驅動芯片，它是一款專為大功率LED所設計的單通道恒流驅動芯片，為電流吸人式架構，可提供最大1A的恒流輸出，并支持使能端開關功能，單片機指令信號通過光耦加到DD312的使能端，控制激光器的開關。驅動電路見圖1。

      (3)電源模塊的設計

　　系統中顯示器、單片機、MAX487通信芯片、CCD攝像機、激光發射器驅動電路都需要電源供電。其中單片機、DD312驅動芯片要求電源電壓比較穩定、紋波小、電磁干擾小。采用LM2576模塊為單片機以及DD312驅動芯片提供穩壓電源(圖2)。MAX4877芯片工作電壓比較高，范圍比較寬，采用 NW1－05S05S功率變換模塊為之提供電源。

　　(4)控制系統的設計

　　采用PIC16F877A、PIC16F876A兩種單片機作為系統的控制芯片，整個控制系統也即為一個小型的傳動系統。其中PIC16F877A單片機作為傳動系統的初始端，負責數據采集和“記憶”按鍵；Max487芯片為通信芯片，負責接收和傳遞信號。PIC 16F876A單片機作為傳動系統的接收端，控制電機的轉動。

      ①初端

　　該部分核心是PIC16F877A單片機。它是由美國Microchip公司生產的8位單片機，具有獨特的RISC結構，數據總線和指令總線分離的哈佛總線結構。它連接各個終端設備，響應主控機發送來的查詢命令，并將被測設備的狀態信息回送給主控機。單片機的I／O口與被測設備的終端相連，以獲取所需狀態信息。電路分為三部分：數據采集電路(圖3)、LED顯示電路、按鍵電路。

　　單片機2腳外接溫度傳感器，將系統實時溫度變化信號傳遞給單片機；3～7腳外接LED顯示電路，引腳低電平信號接通時，相應的LED變亮；8、9腳外接激光器驅動電路，對激光器狀態進行檢測；19腳外接半導體制冷器，搜集信息，并決定是否觸發半導體制冷器工作；22、25、26腳接通信電路，向主控芯片傳遞信號；27～40腳為云臺和鏡頭按鍵檢測信號，當操作人員按面板上的按鍵時，單片機通過這些端口接收到按鍵信號，通過通信電路將這些信息發送到主控芯片，主控芯片收到信號后進行分析、控制，執行相應的命令。

      ②通信電路

　　通信電路連接傳動系統的初始端和接收端，主要功能是實現信號的接收與傳遞。采用Max487芯片，它是一款用于通信的低功率半雙工收發器件，內部集成了一個驅動器和接收器。初始端首先對信號進行編碼，接收端對信號進行解碼，同時為了消除干擾，采用光耦對電路進行了隔離。見圖4。

  ③末端

　　末端控制芯片采用PIC 16F876A單片機。RA0-RA5、RC0、RC1引腳分別為檢測云臺上到位、下到位、左到位、右到位、上復位、下復位、左復位、右復位的八個信號輸入端口；RB0-RB7為控制鏡頭焦距、放大、云臺上下左右轉動的八個端口，外接繼電器電路控制電機轉動。如圖5所示。

　　3)軟件設計

　　整個系統軟件分為主控機PIC 16F876A端和從控機PIC16F877A端。除了通信接口部分的軟件以外，主控機端軟件還包括用戶界面、數據處理等。從控機端軟件包括數據采集和MAX487通信程序。從控機端通信接口軟件流程如圖6所示。

2 實驗結果

　　   圖7為高速公路拍攝到的圖片。其中a為不使用夜視系統時的圖片，b為使用夜視系統時的圖片。實驗結果證明：此系統能使司機在黑暗中準確辨認前方的道路，減少交通事故。

3 結束語

　　本文利用PIC單片機，設計了一整套紅外夜視系統，具有結構簡單，可靠性高等優點。特別適用于長途車駕駛，可以有效減少交通事故，具有十分良好的社會效益。