嵌入式系统在汽车前照灯配光检测系统中的应用

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 6.07MB 84 页 15积分
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摘 要
前照灯作为汽车夜间照明的主要电气设备，对夜间行车安全有着至关重要的
作用，不但要提供汽车夜间行驶足够的照明，而且要防止给迎面车辆和行人造成
眩目，因而前照灯的质量检测显得尤为重要。目前大多前照灯的配光检测并不能
满足用户对产品性能稳定性、操作方便以及轮番生产、长时间作业等的需要；因
此，采取新的高效、简便的方法代替原有的检测手段就成了本课题的研究目标。
本课题将先进的嵌入式检测技术引入到这个领域，研究了基于生产线检测的
车灯配光检测系统。系统综合了前照灯远近光检测和车灯零件缺失检测设备。系
统对摄入的前照灯远近光图像进行分析处理，自动检测前照灯远近光的各项参数，
以调整前照灯至合适的位置；同时，利用多个接近开关检测前照灯零件的缺失与
否，实现车灯质量的柔性检测，大大提高了系统的灵活性。
本文在研究分析了前照灯远近光光照特性和实际检测环境的基础上，设计了
适用于车灯在线检测的系统结构，并提出了对各种参数进行测量的有效方法。系
统嵌入式平台采用 ARM(S3C2410A)处理器作为上位机配备 Windows CE 嵌入式
实时操作系统进行前照灯零件缺失检测、人机交互以及对整个系统的综合控制；
DSP(TMS320DM642)处理器作为下位机，充分发挥其处理速度快、计算能力强的
优势，进行前照灯远近光图像的分析处理。
课题紧密结合前照灯配光检测的实际需求进行了嵌入式实时操作系统
Windows CE 的内核定制与平台移植；在综合考虑系统运行状况的基础上，结合
嵌入式硬件平台资源进行了系统自启动引导程序、前照灯远近光图像采集与显示
驱动程序、声光报警驱动程序、人机交互显示驱动程序等设计。最后，本文阐述
了前照灯远近光图像处理以及软件人机交互界面设计，实现了系统上位机与下位
机之间的串行通信，达到了在下位机进行车灯图像检测后，上位机端实时显示检
测参数结果的目的。
整个系统设计运用了先进的嵌入式技术，设计了一套功耗低、体积小、成本
低、升级维护方便的前照灯配光检测系统，具有较高的推广应用价值。
关键词：嵌入式检测技术 前照灯配光检测 ARM DSP
ABSTRACT
Headlamp is one of the most important electrical equipment during night-time
drive, which has a crucial role on the night-time traffic safety; not only provides
enough illumination, but also prevents driver’s eyes from dazzle on the opposite.So it’s
very important to ensure the quality of headlamps. At present, most of the headlamp
detection measures can not meet users’s requirement with the stability of product
performance, esay to operate and turn the production, and run for a long time.So it has
become the research topics to take a new effective measure to detect headlamp.
The paper takes advanced embedded technology into the headlamp detection field.
The paper is studying an on-line headlamp detection system. The system combines the
headlamp light detection with parts missing detection equipments. System can analyse
and process headlamp optical image and automatically detect headlamp parameters to
adjust the headlamp light to the appropriate location.At the same time, the close
switches can detect headlamp parts missing or not.In all, the embedded headlamp
detection measure greatly improves the flexibility of the system.
The paper analyzes headlamp illumination optical characteristics and the system
actual application environment, then designs the detection system architecture.The
embedded system platform is based on ARM processor, which is the host machine for
headlamp detection, human-computer interaction(HCI) as well as the entire system
integrated control; DSP processor analyzes and processes headlamp optical image.
Based on the actual needs of system, the paper transplants Windows CE kernel.
Considered the run environment of the system, the detection system can carry out boot
automatically. System driver design includes headlamp optical image acquisition and
display drivers, sound and light alarm drivers, HCI display drivers. Finally, the article
introduced the headlamp optical image processing algorithms and software interactive
interface design, the realization of serial communication between ARM and DSP.The
detection results paraments will be displayed on HCI.
The entire system is using advanced embedded technology, which is low-power,
small size, low cost, and upgrade convenient. So the headlamp detection system will be
popularization and high application value.
Key Word: Embedded Technology, Headlamp Detection, ARM, DSP
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ...................................................................................................................1
§1.1 嵌入式系统背景 .............................................................................................. 1
§1.2 前照灯配光检测的重要意义 .......................................................................... 2
§1.3 课题研究背景 .................................................................................................. 3
§1.4 课题研究内容 .................................................................................................. 4
§1.5 论文组织结构 .................................................................................................. 5
第二章 系统总体方案设计 .............................................................................................6
§2.1 前照灯配光标准与特性 .................................................................................. 6
§2.1.1 近光的配光要求 ....................................................................................7
§2.1.2 远光的配光要求 ....................................................................................8
§2.1.3 远近光的光形特性分析 ........................................................................8
§2.2 前照灯配光检测系统开发 .............................................................................. 8
§2.2.1 系统开发流程 ........................................................................................8
§2.2.2 系统需求分析 ........................................................................................9
§2.3 系统原理设计 ................................................................................................ 10
§2.3.1 前照灯配光检测方法设计 ..................................................................10
§2.3.2 系统原理结构设计 ..............................................................................11
§2.3.3 系统标定硬件设计 ..............................................................................12
§2.4 系统硬件平台结构与工作原理 .................................................................... 13
§2.4.1 系统硬件结构设计 ..............................................................................13
§2.4.2 系统工作原理及模块功能 ..................................................................14
§2.5 前照灯配光检测系统核心模块设计 ............................................................ 15
§2.5.1 系统上位机模块 ..................................................................................15
§2.5.2 系统下位机模块 ..................................................................................16
§2.6 系统其它外围模块 ........................................................................................ 18
§2.6.1 摄像机的选用 ......................................................................................18
§2.6.2 图像输入输出处理模块 ......................................................................18
§2.6.3 数据存储模块 ......................................................................................19
§2.6.4 人机交互模块 ......................................................................................20
第三章 嵌入式操作系统方案设计与移植 ...................................................................21
§3.1 嵌入式操作系统平台方案设计 .................................................................... 21
§3.2 Windows CE 嵌入式操作系统 .......................................................................21
§3.2.1 Windows CE 的层次体系结构 ............................................................ 22
§3.2.2 Windows CE 开发流程及步骤 ............................................................ 23
§3.3 系统平台的操作系统移植 ............................................................................ 24
§3.4 操作系统内核的配置优化 ............................................................................ 26
§3.5 操作系统镜像的下载 .................................................................................... 27
第四章 系统自启动与驱动程序开发 ...........................................................................30
§4.1 系统 BootLoader 的功能 ............................................................................... 30
§4.2 系统上位机启动设计 .................................................................................... 30
§4.3 系统下位机自启动程序设计 ........................................................................ 31
§4.3.1 下位机自启动模式设计 ......................................................................31
§4.3.2 下位机自启动命令文件实现 ..............................................................32
§4.3.3 下位机用户引导程序实现 ..................................................................33
§4.4 系统上位机驱动程序开发 ............................................................................ 34
§4.4.1 Windows CE 驱动程序的分类 ............................................................ 34
§4.4.2 系统声光报警驱动程序设计 ..............................................................35
§4.4.3 系统声光报警驱动程序测试 ..............................................................37
§4.4.4 人机交互显示驱动实现 ......................................................................38
§4.5 系统下位机硬件驱动程序设计 .................................................................... 44
§4.5.1 图像采集与显示控制总线驱动 ..........................................................44
§4.5.2 图像预处理与显示硬件驱动设计 ......................................................44
第五章 系统应用程序设计 ...........................................................................................46
§5.1 软件集成开发环境 ........................................................................................ 46
§5.2 下位机应用程序设计 .................................................................................... 46
§5.2.1 下位机应用程序总体设计 ..................................................................47
§5.2.2 前照灯远近光图像的采集 ..................................................................49
§5.2.3 检测图像的实时显示 ..........................................................................50
§5.2.4 远近光图像检测结果传输 ..................................................................50
§5.3 上位机应用程序与人机交互界面设计 ........................................................ 55
§5.4 近光图像处理及算法研究 ............................................................................ 60
§5.4.1 现有近光配光特性检测算法分析 ......................................................60
§5.4.2 新型近光配光特性检测算法研究 ......................................................61
§5.4.3 近光图像处理与分析 ..........................................................................63
§5.4.4 近光图像处理效果 ..............................................................................64
§5.5 远光图像处理与分析 .................................................................................... 65
§5.6 系统零件检测设计 ........................................................................................ 66
§5.6.1 接近开关简介 ......................................................................................66
§5.6.2 车灯零件特征分析 ..............................................................................67
§5.6.3 系统零件检测原理方案设计 ..............................................................67
§5.6.4 零件检测程序设计 ..............................................................................70
§5.7 系统分析与调试 ............................................................................................ 71
§5.7.1 系统下位机图像采集与显示实时性分析 ..........................................71
§5.7.2 系统软件特点 ......................................................................................72
§5.7.3 系统软件调试 ......................................................................................72
第六章 总结与展望 .......................................................................................................74
附 录 .............................................................................................................................76
参考文献 .........................................................................................................................78
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................80
致 谢 .............................................................................................................................81
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 嵌入式系统背景
嵌入式系统是当今非常热门的研究领域。由于嵌入式系统所依托的软硬件技
术得到了快速发展，其自身也获得了快速的发展。因此，嵌入式系统是不可垄断、
需要不断创新的技术。目前，嵌入式系统已经广泛应用于办公自动化、信息家电、
移动通信、手持信息设备、工业控制以及军事等领域。
1．嵌入式系统的概念与发展[1]
嵌入式系统被定义为：以应用为中心、计算机技术为基础，软件硬件可裁减，
适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式操作系统的发展大体上可划分为以下 4个阶段：
（1）以单片机为核心的无操作系统阶段；
（2）以嵌入式 CPU 为基础、简单操作系统为核心的阶段；
（3）以嵌入式实时操作系统为标志的阶段；
（4）以基于 Internet 为标志的阶段。
一般而言，整个嵌入式系统的体系结构可分成 4个部分：①嵌入式处理器；
②嵌入式外围设备；③嵌入式操作系统；④嵌入式应用软件。图 1-1 为嵌入式系
统体系结构图。
图1-1 嵌入式系统体系结构
在嵌入式系统中，有三种应用模型，如图 1-2 所示。
2．嵌入式系统的技术特点[1,2]
“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素。嵌
入式系统的特点与定义有所不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。不
同的嵌入式系统其特点有所差异。
从前面对嵌入式系统所作的定义可以看出嵌入式系统有如下几个重要特征：
（1）嵌入性：由于嵌入到对象系统中，因此必须满足对象系统的环境要求，
如物理环境（小型）、电器/气氛环境（可靠）、成本（低廉）等要求；
摘要：

摘要前照灯作为汽车夜间照明的主要电气设备，对夜间行车安全有着至关重要的作用，不但要提供汽车夜间行驶足够的照明，而且要防止给迎面车辆和行人造成眩目，因而前照灯的质量检测显得尤为重要。目前大多前照灯的配光检测并不能满足用户对产品性能稳定性、操作方便以及轮番生产、长时间作业等的需要；因此，采取新的高效、简便的方法代替原有的检测手段就成了本课题的研究目标。本课题将先进的嵌入式检测技术引入到这个领域，研究了基于生产线检测的车灯配光检测系统。系统综合了前照灯远近光检测和车灯零件缺失检测设备。系统对摄入的前照灯远近光图像进行分析处理，自动检测前照灯远近光的各项参数，以调整前照灯至合适的位置；同时，利用多个接...

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