具有避障功能的辅助驾驶装置的制作方法

1.本实用新型涉及车辆避障技术领域。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，人们对车辆这种交通工具的依赖性也越来越大，导致车辆的日益增加在给城市交通不断施压的同时，也引发了非常多的行车安全问题，因此市场上出现了很多种障碍检测系统。但是当前市场上的障碍检测系统大部分是基于cpu（中央处理器）或gpu（gpu是图形处理器，又称显示核心、视觉处理器、显示芯片，是一种专门在个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备（如平板电脑、智能手机等）上做图像和图形相关运算工作的微处理器）等平台实现的，造价成本高，且功耗较大。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的障碍检测系统功耗大的问题，本实用新型提供一种新型的、低功耗、高能效的具有避障功能的辅助驾驶装置。
4.本实用新型采用的技术方案是：
5.具有避障功能的辅助驾驶装置，用于检测障碍物，该装置配合电脑主机使用，该装置包括超声波发射器、超声波接收器、声波转换器、pynq-z2板卡和避障电源；
6.超声波发射器用于发射超声波，且将遇到障碍物时反射回来的声波发送至超声波接收器；
7.超声波接收器用于将接收的反射回来的声波发送至声波转换器；
8.声波转换器用于将超声波接收的反射回来的声波转换为数字信号并发送至pynq-z2板卡11；
9.pynq-z2板卡用于对声波转换器转换后的数字信号进行处理，并将处理后的信号发送至电脑主机；
10.避障电源用于给超声波发射器和超声波接收器供电pynq-z2板卡。
11.进一步的、该装置还包括显示器，显示器用于显示pynq-z2板卡处理后的数据。
12.进一步的、该装置还包括pmod摄像头，该pmod摄像头用于采集障碍物图像，并将采集到的障碍物图像发送至pynq-z2板卡，pynq-z2板卡对接收的障碍物图像进行处理，处理后的数据发送至电脑主机或者显示器显示。
13.进一步的、所述避障电源为太阳能板、小型风力发电机、梯次电池或无线充电电池。
14.有益效果：该装置采用超声波检测是否有障碍物，通过超声波发生器、超声波接收器实现。当超声波发生器发出的声波遇到障碍物时，这些声波被反射回来，利用超声波接收器接收被反射回来的声波，再利用声波转换器，将反射回来的声波转化为数字信号并输入至pynq-z2板卡，pynq-z2板卡对声波转换器转换后的数字信号进行处理，实现对障碍的实时检测，实现了避障检测，且采用pynq-z2板卡和超声波避障，功耗低。
15.该装置采用超声波发射器、超声波接收器、声波转换器和pynq-z2板卡实现实时检测避障，成本低、功耗低、且性能高，解决了当前障碍检测系统基于cpu或gpu做图像和图形相关运算时功耗较大的问题。本实用新型属于一种fpga异构加速装置。
附图说明
16.图1是具有避障功能的辅助驾驶装置的结构示意图；
17.图2是pynq-z2板卡的示意图；
18.图2中标记1为sd卡启动按钮、标记2为usb供电接口、标记3为micro sd卡插入对应的卡槽、标记4为以太网通讯接口、标记5为usb接口、标记6为开关、标记7为hdmi接口。
具体实施方式
19.具体实施方式一、参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的具有避障功能的辅助驾驶装置，用于检测障碍物，该装置配合电脑主机使用，该装置包括超声波发射器、超声波接收器、声波转换器、pynq-z2板卡和避障电源；
20.超声波发射器用于发射超声波，且将遇到障碍物时反射回来的声波发送至超声波接收器9；
21.超声波接收器用于将接收的反射回来的声波发送至声波转换器；
22.声波转换器用于将超声波接收的反射回来的声波转换为数字信号并发送至pynq-z2板卡；
23.pynq-z2板卡用于对声波转换器转换后的数字信号进行处理，并将处理后的信号发送至电脑主机；
24.避障电源用于给超声波发射器和超声波接收器供电pynq-z2板卡。
25.本实施方式中，电脑主机用于对pynq-z2板卡进行配置，还用于对pynq-z2板卡进行程序编辑。该装置采用超声波检测是否有障碍物，通过超声波发生器、超声波接收器实现。当超声波发生器发出的声波遇到障碍物时，这些声波就会被反射回来，这时利用超声波接收器接收被反射回来的声波，然后利用声波转换器，将反射回来的声波转化为数字信号并输入至pynq-z2板卡，pynq-z2板卡对声波转换器转换后的数字信号进行处理，pynq-z2中的ip核对声波转换器转换后的熟悉信号用yolo v2算法进行处理，实现对障碍的实时检测，并将处理好的数字信号通过hdmi输出到电脑主机和显示器显示，用于提醒和警示用户。
26.该装置采用超声波发射器、超声波接收器、声波转换器和pynq-z2板卡实现实时检测避障，成本低、功耗低、且性能高，解决了当前障碍检测系统基于cpu或gpu做图像和图形相关运算时功耗较大的问题。
27.具体实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的具有避障功能的辅助驾驶装置的进一步说明，本实施方式中，该装置还包括显示器，显示器用于显示pynq-z2板卡11处理后的数据。
28.具体实施方式三、本实施方式是对实施方式二所述的具有避障功能的辅助驾驶装置的进一步说明，本实施方式中，该装置还包括pmod摄像头，该pmod摄像头用于采集障碍物图像，并将采集到的障碍物图像发送至pynq-z2板卡，pynq-z2板卡对接收的障碍物图像进行处理，处理后的数据发送至电脑主机或者显示器显示。
29.本实施方式中，pmod摄像头负责采集障碍物图像，pynq-z2板卡对采集到的障碍物图像数据进行处理，显示器则是将处理好的数据显示给用户，用来警示用户。
30.其技术原理是：pynq-z2中的ip核对pmod摄像头采集到的障碍物图像信息用yolo v2算法进行处理，实现对障碍的实时检测，并将处理好的图像通过hdmi输出到显示器。该装置利用pynq-z2异构fpga的特性对yolo v2算法进行优化加速，采用动态精度调整的定点化，以及ddr访存操作控制与fpga加速计算进行流水化操作来实现更细粒度的并行化和流水线的控制以及良好的计算效率。
31.下面将结合本实用新型案例中的附图，对本实用新型实施的方式进行清楚、完整地描述。
32.使用vivado hls软件生成yolo v2的ip核，使用vivado工具创建相应的block design，并对其综合验证，之后生成bitstream文件以及相应的tcl脚本，将这两个文件以及blockdesign的.hwh导入烧录好的pynq镜像的tf卡中。
33.将microusb接口和以太网接口分别将电脑和pynq-z2连接，将hdmi接口与显示器连接。通过jupyter notebook来运行写好的ip核，并将程序设置为开机启动，之后只需连接电源，显示器和摄像头即可自动对障碍进行检测。
34.yolo为一种新的目标检测方法，该方法的特点是实现快速检测的同时还达到较高的准确率，yolo v2算法是yolo的升级算法，更准确（https://blog.csdn.net/u014380165/article/details/77961414）。
35.具体实施方式四、本实施方式是对实施方式三所述的具有避障功能的辅助驾驶装置的进一步说明，本实施方式中，所述避障电源为太阳能板、小型风力发电机、梯次电池或无线充电电池。
36.太阳能板、小型风力发电机、梯次电池或无线充电电池均为当前主流的供电方式，各有特点，且均可使用。
37.pynq-z2开发板的使用方法如下：
38.1、准备材料：
39.·
pynq-z2开发板
40.·
装有最新版本chrome浏览器的pc机
41.·
一根百兆/千兆网线
42.·
一根micro usb线
43.·
至少8gb大小的micro sd卡和读卡器
44.·
下载安装putty串口软件
45.2、制作micro sd卡这一步的任务是制作一张可启动的micro sd卡。
46.3、pynq-z2板卡启动步骤如下：
47.·
配置成sd卡启动模式（如图2中标记为1处）
48.·
配置为usb供电模式（如图2中标记为处）
49.·
把上一小节中制作好的micro sd卡插入对应的卡槽（如图2中标记为3处）
50.·
将micro usb线连接到板板卡与pc（该线缆用于板卡供电/串口通讯/jtag调试）。（如图2中标记为4处）
51.·
将网线连接到板卡与pc机对应的接口（如图2中标记为5处），
52.电脑主机pc上配置本地网络静态ip为192.168.2.100，子网掩码为255.255.255.0。（打开网络与共享中心
–
》更改适配器设置
–
》选择以太网右击属性
–
》选中internet协议版本4
–
》选中属性
–
》选中
‘
使用下面的ip地址’选项
–
》输入对应数）
53.·
打开电源拨码开关，等待板卡启动完毕。
54.·
测试板子通过网线和pc连接正常。（测试步骤：window r键打开命令窗口
–
》输入cmd，然后回车
–
》在弹出的窗口中输入ping 192.168.2.99 , 然后回车
–
》如果出现串口信息则表明连接成功）
55.4. 与pynq-z2建立串口连接串口连接需要专门的串口连接软件来操作，这里推荐使用开源免费跨平台的putty来进行连接。下面将只介绍windows上的操作，mac和linux上的操作类似。
56.首先需要知道串口端口号，打开设备管理器，展开端口列表即可看到，如com29。
57.其次，打开之前安装好的putty软件，输入usb端口号和下列串口参数，点击连接即可。
58.·
波特率115200 speed
59.·
数据位 8 data bits
60.·
停止位1 stop bits
61.·
奇偶校验 none parity
62.·
流控制 no flow control
63.5. 连接web ui: jupyter notebook 通过浏览器打开板载linux上运行的嵌入式web服务器jupyter notebook的页面，感受不一样的编程体验。
64.开发板是直接网线连到pc上的，默认的=192.168.2.99。如果是通过路由器建立的网络连接，则需要查询板卡的ip地址。通过putty软件在串口终端输入ifconfig命令即可查询到板卡的ip地址。
65.具体操作：打开chrome浏览器输入 http://pynq:9090 ，输入密码：xilinx，即可进入到开发板上的jupyter notebook主页。推荐使用chrome浏览器是因为jupyter notebook使用了许多最新需要浏览器支持的js框架。
66.本实用新型是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情况或具体情况，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。