基于STM32的智能緩沖減壓安全車椅設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

洪鵬翔 袁寶紅 丁星星

摘 要：隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，交通事故的數(shù)量也在急劇增長，疲勞駕駛是造成交通事故的主要原因之一。基于此，文章提出一種智能緩沖減壓安全車椅，設(shè)計(jì)出防疲勞駕駛系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可以有效地緩解駕駛導(dǎo)致的肌肉疲勞，該車椅采用的微控制器是ST公司出的一款基于ARM Cortex-M3的32位單片機(jī)—stm32f103c8t6，通過該單片機(jī)控制車椅內(nèi)的電機(jī)和對一些傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，時(shí)刻監(jiān)測著駕駛者的身體健康特征（心率、血壓等）和疲勞程度，可以提醒駕駛者不要疲勞駕駛并且可以在休息時(shí)可以為駕駛者按摩，緩解駕駛者的疲勞和壓力。

關(guān)鍵詞：疲勞駕駛;交通事故;智能減壓車椅

1 研究背景

由于超長時(shí)間駕駛、夜間駕駛、缺少睡眠等原因，駕駛員在駕駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)疲勞或困倦的狀態(tài)。所以應(yīng)盡可能防止因疲勞駕駛造成的交通事故，全力保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。緩解駕駛?cè)碎L時(shí)間開車所帶來的身體疼痛，減少他們疲勞時(shí)判斷能力下降、反應(yīng)遲鈍和駕駛操作的失誤;預(yù)防和緩解駕駛?cè)碎L時(shí)間開車造成的“職業(yè)病”（肩周炎、頸椎病等）;時(shí)刻檢測駕駛員的各項(xiàng)人體健康數(shù)據(jù)，讓他們了解自己的身體健康狀況，防止重大疾病的突發(fā)，以上是本項(xiàng)研究的出發(fā)點(diǎn)。

智能緩疲減壓安全車椅，主要用于大型長途運(yùn)輸車輛、大型長途客車、出租車等長時(shí)間駕駛的車輛。當(dāng)駕駛?cè)私?jīng)過長時(shí)間的工作后，該安全座椅能夠準(zhǔn)確提示駕駛?cè)艘呀?jīng)疲勞駕駛，應(yīng)到服務(wù)區(qū)休息或更換駕駛?cè)耍ＷC駕駛員不會(huì)疲勞駕駛車輛。駕駛?cè)藛T可以通過開關(guān)開啟安全座椅的按摩功能，緩解他們身體上的不適，減輕他們的工作壓力。智能安全車椅通過一系列的傳感器，檢測駕駛?cè)藛T的身體健康狀況，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)身體安全隱患。安全座椅將采用一些耐磨材料制成，保證車椅的使用壽命，同時(shí)安全車椅價(jià)格低廉，讓每一位駕駛員都能承受[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防疲勞駕駛車椅：該部分主要以單片機(jī)STM32F103C8T6為控制核心[2]，其工作主頻為72 m，比傳統(tǒng)的80c51單片機(jī)性能要更加強(qiáng)大，內(nèi)部FLASH為64 kb，SRAM為24 kb，可以保存足夠大的代碼和數(shù)據(jù)，通過該微控制器實(shí)現(xiàn)防疲勞駕駛的基本控制功能。駕駛系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)電源、時(shí)鐘和語音報(bào)警五大部分。防疲勞駕駛控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

首先，最小系統(tǒng)部分主要包括了STM32F103C8T6和經(jīng)典復(fù)位電路;數(shù)據(jù)采集部分（采集駕駛?cè)藛T的心率、血壓等一些人體數(shù)據(jù)）由檢測數(shù)據(jù)傳感器、信號放大和A/D轉(zhuǎn)換部分組成，A/D轉(zhuǎn)換部分主要由AD轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn);同時(shí)顯示屏將使用1602液晶顯示器（能耗低、使用壽命長、體積小）。將檢測的人體數(shù)據(jù)通過1602液晶顯示器顯示。而駕駛員可以通過1602液晶顯示器顯示的數(shù)據(jù)，使用4*4矩陣鍵盤方便地輸入指令和保存測量的數(shù)據(jù)。該車椅采用了MAX30102心率血氧傳感器模塊來測量心率。MA30100是一款集成有脈搏血氧儀和心率監(jiān)測傳感器的模塊，該器件集成有兩個(gè)LED、一個(gè)光電探測器，經(jīng)過優(yōu)化的光學(xué)器件和低噪聲模擬信號處理器，可檢測脈搏血氧及心率信號。在供電方面，MAX30100采用1.8V和3.3V的電源電壓。測量血壓采用XGZP163血壓傳感器以準(zhǔn)確地測量使用者的血壓，其核心部分是一顆利用MENS技術(shù)加工的硅壓阻式壓力敏感芯片。該壓力敏感芯片由一個(gè)彈性膜及集成在膜上的4個(gè)電阻組成，4個(gè)壓敏電阻形成了患斯通電橋結(jié)構(gòu)。而STM32F103C8T6的時(shí)鐘模塊主要是由RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）和時(shí)鐘電路組成。語音報(bào)警是通過蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警。按摩功能由MCU系統(tǒng)控制，車椅的按摩動(dòng)力將由低速無刷電動(dòng)機(jī)提供。按摩的原理：無刷電機(jī)通過減速器將動(dòng)力傳遞給曲軸，產(chǎn)生機(jī)械滾動(dòng)力和機(jī)械擠壓力對駕駛者頸部、肩部、背部和腰部進(jìn)行按摩。可以通過按鈕控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)對按壓力大小有效控制，在座椅中安裝一對對稱偏心輪，其作用是可以進(jìn)行前后左右和上下全方位的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)三維立體的按壓，有效的緩解長時(shí)間駕駛導(dǎo)致的肌肉疲勞。同時(shí)還可以通過其他按鈕控制按摩的機(jī)械震動(dòng)幅度和車椅按摩的開關(guān)。后期還可以將采集到的數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡(luò)中，讓交警平臺查看這些數(shù)據(jù)，如果發(fā)生意外，便于分析事故發(fā)生的原因[3-8]。

3 應(yīng)用前景

智能緩疲減壓安全車椅適用于長途車輛，其利用電機(jī)讓機(jī)械裝置產(chǎn)生滾動(dòng)力和機(jī)械力擠壓進(jìn)行按摩，可以緩解駕駛疲勞，疏通經(jīng)絡(luò)，促使氣血循環(huán)，保持機(jī)體的陰陽平衡，肌肉放松，關(guān)節(jié)靈活，精神振奮。能時(shí)刻檢測駕駛員的各項(xiàng)人體健康數(shù)據(jù)，讓他們了解自己的身體健康狀況，防止重大疾病的突發(fā)，對保證身體健康有重要作用。

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（編輯 姚 鑫）