車載無線駕駛員座椅壓力分布監測系統設計

於潤 王淑芬 大連大學

1 引言

通過測量傳感器電極的電壓變化來感測座椅上的壓力分布的變化。收集的數據由壓力傳感器和微控制器處理，A/D轉換模塊，SCI和其他模塊集成在微控制器中。A/D轉換用于將模擬信號轉換為數字信號，無線模塊用于將數據傳輸到APP終端進行模擬測試，分析判斷當前座位上的壓力分布。

2 設計思路及設計要求

座椅壓力分布采集系統的硬件部分主要包含兩個重要功能：首先，收集壓力信號，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被發送到移動APP以完成整個數據采集系統。

硬件部分主要包括壓力傳感器，模擬開關，濾波器增益模塊，A/D轉換模塊，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

傳感器是壓力監測系統中最重要的部件，也是控制系統性能的主要因素。微控制器是系統的主要組件，因此需要高可靠性。

2.2 主控模塊設計

2.2.1 主控模塊選型

主控制模塊是單片微控制器，是硬件系統的核心部件。 可以操作硬件系統的各個部分并執行相關的數據收集和數據處理。主控模塊的設計主要包括MCU的選擇和相關外圍控制電路的設計。

2.2.2 單片機內置A/D轉換器

最初由系統收集的電壓信號是模擬信號。STC15 F2 K60 S2微控制器集成了8個10位高速A/D轉換器，無需額外的A/D轉換器。即節約了成本，也簡化了硬件電路。

2.3 多路選擇模擬開關設計

2.3.1 模擬開關選型

傳感器有5個信號。 因此，有必要設計一種多通道模擬開關，它可以分別對X端子和Y端子進行門控，并且每次選通一定的信號。 信號發送到A/D后，下一個信號被選通，循環讀取5個信號。

2.4 濾波增益模塊設計

通過直接采集獲得的電壓信號很小，鑒于目前的設備無法很好的識別這樣微小的信號，因此，有必要將從傳感器獲得的小電壓信號放大到0-5V的范圍。這樣就可以充分利用A/D轉換區間。

2.5 無線通信模塊設計

WiFi模塊應易于控制核心控制。WiFi網卡的通用接口是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。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。此次設計采用Marvell8686無線模塊。

2.6 ISP在線編程模塊設計

STC14 F2 K60 S2 MCU具有ISP系統可編程功能，可將ISP下載電路直接嵌入系統硬件電路。這有很大的優勢。以此來進行程序的調試或者程序的升級。

2.7 電源模塊設計

在硬件電路中，有傳感器電源電路，單片機，模擬開關，放大器，無線通信模塊和ISP在線編程模塊等，電源電壓為5V。系統的電源模塊在實驗室條件和車載條件下是不同的。

2.8 APP設計及關鍵代碼

APP通過輪詢的方式獲取傳感器每秒傳上來的數據，使用百度提供的eChart組件重繪折線圖，直觀的表達出來，每次獲取的數據都通過公式計算來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

本文基于前期相關研究，完成了嵌入式開發系統開發，測試結果顯示該系統能夠實現疲勞駕駛的預警功能。