pic單片機紅外夜視儀設計

隨著(zhù)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展和安防意識的日益強化，人們對汽車(chē)安全保障技術(shù)的要求越來(lái)越高，而現有汽車(chē)照明系統在雪夜、雪天或大霧等能見(jiàn)度較低情況下視距不遠、效果不佳的弊病成為汽車(chē)行駛的安全隱患之一。更嚴重的是在夜晚行車(chē)時(shí)，駕駛員通常會(huì )被對方車(chē)輛的燈光干擾出現盲區，容易發(fā)生車(chē)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(huán)境。因此開(kāi)發(fā)一種結構簡(jiǎn)單、性能穩定、可靠性好、適用性強的汽車(chē)紅外夜視系統，具有重要的市場(chǎng)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(dòng)紅外夜視系統和主動(dòng)紅外夜視系統。主動(dòng)紅外夜視系統利用其所攜帶的紅外光源主動(dòng)照射目標，由光學(xué)系統的物鏡接收目標反射回來(lái)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(jìn)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(jiàn)光圖像，人眼可通過(guò)目鏡觀(guān)察增強了的目標圖像?？紤]到使用的耐久性、經(jīng)濟的合理性、器件的通用性等等，大多選擇主動(dòng)式紅外夜視系統作為車(chē)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(chē)載顯示器組成。

2)硬件設計

(1)攝像機選定

攝像機又稱(chēng)攝像頭或CCD，它能夠將光線(xiàn)變?yōu)殡姾刹⒖蓪㈦姾蓛Υ婕稗D移，也可將儲存的電荷取出使電壓發(fā)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(xiàn)，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到CCD芯片上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫(huà)面的電信號，經(jīng)過(guò)濾波、放大處理，通過(guò)攝像頭的輸出端子輸出一個(gè)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(jīng)濟實(shí)惠的優(yōu)點(diǎn)。

(2)紅外照射部分的設計

選用遠紅外激光器作為光線(xiàn)發(fā)射器。它是一種單色性好、光束集中，體積小、壽命長(cháng)、電光轉換效率高的激光發(fā)射器。由光纖耦合半導體激光器、驅動(dòng)電路、溫控電路和光束整形鏡頭組成。核心部分為驅動(dòng)電路設計。選用DD312作為驅動(dòng)芯片，它是一款專(zhuān)為大功率LED所設計的單通道恒流驅動(dòng)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(kāi)關(guān)功能，單片機指令信號通過(guò)光耦加到DD312的使能端，控制激光器的開(kāi)關(guān)。驅動(dòng)電路見(jiàn)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(fā)射器驅動(dòng)電路都需要電源供電。其中單片機、DD312驅動(dòng)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(dòng)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(gè)控制系統也即為一個(gè)小型的傳動(dòng)系統。其中PIC16F877A單片機作為傳動(dòng)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(dòng)系統的接收端，控制電機的轉動(dòng)。

①初端

該部分核心是PIC16F877A單片機。它是由美國Microchip公司生產(chǎn)的8位單片機，具有獨特的RISC結構，數據總線(xiàn)和指令總線(xiàn)分離的哈佛總線(xiàn)結構。它連接各個(gè)終端設備，響應主控機發(fā)送來(lái)的查詢(xún)命令，并將被測設備的狀態(tài)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(tài)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(shí)時(shí)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(shí)，相應的LED變亮;8、9腳外接激光器驅動(dòng)電路，對激光器狀態(tài)進(jìn)行檢測;19腳外接半導體制冷器，搜集信息，并決定是否觸發(fā)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(shí)，單片機通過(guò)這些端口接收到按鍵信號，通過(guò)通信電路將這些信息發(fā)送到主控芯片，主控芯片收到信號后進(jìn)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(dòng)系統的初始端和接收端，主要功能是實(shí)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(fā)器件，內部集成了一個(gè)驅動(dòng)器和接收器。初始端首先對信號進(jìn)行編碼，接收端對信號進(jìn)行解碼，同時(shí)為了消除干擾，采用光耦對電路進(jìn)行了隔離。見(jiàn)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(gè)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(dòng)的八個(gè)端口，外接繼電器電路控制電機轉動(dòng)。如圖5所示。

3)軟件設計

整個(gè)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(hù)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(shí)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(shí)的圖片，b為使用夜視系統時(shí)的圖片。實(shí)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(yǔ)

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(jiǎn)單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。特別適用于長(cháng)途車(chē)駕駛，可以有效減少交通事故，具有十分良好的社會(huì )效益。