車(chē)載無(wú)線駕駛員座椅壓力分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

於潤(rùn) 王淑芬 大連大學(xué)

1 引言

通過(guò)測(cè)量傳感器電極的電壓變化來(lái)感測(cè)座椅上的壓力分布的變化。收集的數(shù)據(jù)由壓力傳感器和微控制器處理，A/D轉(zhuǎn)換模塊，SCI和其他模塊集成在微控制器中。A/D轉(zhuǎn)換用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，無(wú)線模塊用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸PP終端進(jìn)行模擬測(cè)試，分析判斷當(dāng)前座位上的壓力分布。

2 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)要求

座椅壓力分布采集系統(tǒng)的硬件部分主要包含兩個(gè)重要功能：首先，收集壓力信號(hào)，即從壓力傳感器電路的電壓輸出讀取該值；其次，從壓力傳感器收集的壓力信號(hào)被發(fā)送到移動(dòng)APP以完成整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

硬件部分主要包括壓力傳感器，模擬開(kāi)關(guān)，濾波器增益模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，微控制器模塊，串行端口模塊和電源模塊。

2.1 傳感器的選擇

傳感器是壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中最重要的部件，也是控制系統(tǒng)性能的主要因素。微控制器是系統(tǒng)的主要組件，因此需要高可靠性。

2.2 主控模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 主控模塊選型

主控制模塊是單片微控制器，是硬件系統(tǒng)的核心部件。 可以操作硬件系統(tǒng)的各個(gè)部分并執(zhí)行相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)處理。主控模塊的設(shè)計(jì)主要包括MCU的選擇和相關(guān)外圍控制電路的設(shè)計(jì)。

2.2.2 單片機(jī)內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器

最初由系統(tǒng)收集的電壓信號(hào)是模擬信號(hào)。STC15 F2 K60 S2微控制器集成了8個(gè)10位高速A/D轉(zhuǎn)換器，無(wú)需額外的A/D轉(zhuǎn)換器。即節(jié)約了成本，也簡(jiǎn)化了硬件電路。

2.3 多路選擇模擬開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

2.3.1 模擬開(kāi)關(guān)選型

傳感器有5個(gè)信號(hào)。 因此，有必要設(shè)計(jì)一種多通道模擬開(kāi)關(guān)，它可以分別對(duì)X端子和Y端子進(jìn)行門(mén)控，并且每次選通一定的信號(hào)。 信號(hào)發(fā)送到A/D后，下一個(gè)信號(hào)被選通，循環(huán)讀取5個(gè)信號(hào)。

2.4 濾波增益模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)直接采集獲得的電壓信號(hào)很小，鑒于目前的設(shè)備無(wú)法很好的識(shí)別這樣微小的信號(hào)，因此，有必要將從傳感器獲得的小電壓信號(hào)放大到0-5V的范圍。這樣就可以充分利用A/D轉(zhuǎn)換區(qū)間。

2.5 無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

WiFi模塊應(yīng)易于控制核心控制。WiFi網(wǎng)卡的通用接口是PCI接口或USB接口，例如Leiling公司的RT73，RT2070和RT3070，它們與PC上的接口相對(duì)。還有一些適用于微控制器接口的WiFi模塊，例如帶SDIO接口的Marvell8686和帶SPI接口的MRF24WBOMO芯片。此次設(shè)計(jì)采用Marvell8686無(wú)線模塊。

2.6 ISP在線編程模塊設(shè)計(jì)

STC14 F2 K60 S2 MCU具有ISP系統(tǒng)可編程功能，可將ISP下載電路直接嵌入系統(tǒng)硬件電路。這有很大的優(yōu)勢(shì)。以此來(lái)進(jìn)行程序的調(diào)試或者程序的升級(jí)。

2.7 電源模塊設(shè)計(jì)

在硬件電路中，有傳感器電源電路，單片機(jī)，模擬開(kāi)關(guān)，放大器，無(wú)線通信模塊和ISP在線編程模塊等，電源電壓為5V。系統(tǒng)的電源模塊在實(shí)驗(yàn)室條件和車(chē)載條件下是不同的。

2.8 APP設(shè)計(jì)及關(guān)鍵代碼

APP通過(guò)輪詢(xún)的方式獲取傳感器每秒傳上來(lái)的數(shù)據(jù)，使用百度提供的eChart組件重繪折線圖，直觀的表達(dá)出來(lái)，每次獲取的數(shù)據(jù)都通過(guò)公式計(jì)算來(lái)判斷駕駛員是否疲勞駕駛，如果判斷是疲勞駕駛，則給出提醒。

3 總結(jié)

本文基于前期相關(guān)研究，完成了嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，測(cè)試結(jié)果顯示該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)疲勞駕駛的預(yù)警功能。