车载无线驾驶员座椅压力分布监测系统设计
2019-05-10於润王淑芬大连大学
於润 王淑芬 大连大学
1 引言
通过测量传感器电极的电压变化来感测座椅上的压力分布的变化。收集的数据由压力传感器和微控制器处理，A/D转换模块，SCI和其他模块集成在微控制器中。A/D转换用于将模拟信号转换为数字信号，无线模块用于将数据传输到APP终端进行模拟测试，分析判断当前座位上的压力分布。
2 设计思路及设计要求
座椅压力分布采集系统的硬件部分主要包含两个重要功能：首先，收集压力信号，即从压力传感器电路的电压输出读取该值；其次，从压力传感器收集的压力信号被发送到移动APP以完成整个数据采集系统。
硬件部分主要包括压力传感器，模拟开关，滤波器增益模块，A/D转换模块，微控制器模块，串行端口模块和电源模块。
2.1 传感器的选择
传感器是压力监测系统中最重要的部件，也是控制系统性能的主要因素。微控制器是系统的主要组件，因此需要高可靠性。
2.2 主控模块设计
2.2.1 主控模块选型
主控制模块是单片微控制器，是硬件系统的核心部件。 可以操作硬件系统的各个部分并执行相关的数据收集和数据处理。主控模块的设计主要包括MCU的选择和相关外围控制电路的设计。
2.2.2 单片机内置A/D转换器
最初由系统收集的电压信号是模拟信号。STC15 F2 K60 S2微控制器集成了8个10位高速A/D转换器，无需额外的A/D转换器。即节约了成本，也简化了硬件电路。
2.3 多路选择模拟开关设计
2.3.1 模拟开关选型
传感器有5个信号。 因此，有必要设计一种多通道模拟开关，它可以分别对X端子和Y端子进行门控，并且每次选通一定的信号。 信号发送到A/D后，下一个信号被选通，循环读取5个信号。
2.4 滤波增益模块设计
通过直接采集获得的电压信号很小，鉴于目前的设备无法很好的识别这样微小的信号，因此，有必要将从传感器获得的小电压信号放大到0-5V的范围。这样就可以充分利用A/D转换区间。
2.5 无线通信模块设计
WiFi模块应易于控制核心控制。WiFi网卡的通用接口是PCI接口或USB接口，例如Leiling公司的RT73，RT2070和RT3070，它们与PC上的接口相对。还有一些适用于微控制器接口的WiFi模块，例如带SDIO接口的Marvell8686和带SPI接口的MRF24WBOMO芯片。此次设计采用Marvell8686无线模块。
2.6 ISP在线编程模块设计
STC14 F2 K60 S2 MCU具有ISP系统可编程功能，可将ISP下载电路直接嵌入系统硬件电路。这有很大的优势。以此来进行程序的调试或者程序的升级。
2.7 电源模块设计
在硬件电路中，有传感器电源电路，单片机，模拟开关，放大器，无线通信模块和ISP在线编程模块等，电源电压为5V。系统的电源模块在实验室条件和车载条件下是不同的。
2.8 APP设计及关键代码
APP通过轮询的方式获取传感器每秒传上来的数据，使用百度提供的eChart组件重绘折线图，直观的表达出来，每次获取的数据都通过公式计算来判断驾驶员是否疲劳驾驶，如果判断是疲劳驾驶，则给出提醒。
3 总结
本文基于前期相关研究，完成了嵌入式开发系统开发，测试结果显示该系统能够实现疲劳驾驶的预警功能。
