唐山學(xué)院 高 欣

智能化是目前汽車(chē)新四化趨勢(shì)之一，旨在研發(fā)汽車(chē)的無(wú)人駕駛或者駕駛輔助系統(tǒng)等。世界各國(guó)的無(wú)人駕駛汽車(chē)都先后投入路試，汽車(chē)駕駛艙的智能技術(shù)備受社會(huì)各界關(guān)注。汽車(chē)的智能座艙可以讓現(xiàn)代汽車(chē)越發(fā)智能、安全、舒適，越發(fā)適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的出行要求。

1 汽車(chē)智能座艙的功能需求分析

目前汽車(chē)能夠檢測(cè)座艙的溫度信息，用于顯示和自動(dòng)控制空調(diào)，少數(shù)高端品牌汽車(chē)可以檢測(cè)座艙中的有害氣體，并自動(dòng)進(jìn)行排風(fēng)處理。汽車(chē)座艙內(nèi)的空氣質(zhì)量直接影響駕乘人員的人身安全。汽車(chē)的車(chē)內(nèi)空氣凈化器的凈化效果有限，且不具備有效預(yù)警等功能。同時(shí)，車(chē)內(nèi)遺忘兒童并因座艙溫度過(guò)高窒息的案例也不勝枚舉，駐車(chē)狀態(tài)下開(kāi)空調(diào)休息引起有害氣體中毒事件也偶有發(fā)生。

隨著無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)迫切需要一個(gè)智能座艙能代替“人”的選擇與控制，保證座艙環(huán)境的健康舒適，自動(dòng)監(jiān)控駕駛?cè)撕统丝偷慕】邓綌?shù)據(jù)，并通過(guò)長(zhǎng)期采集數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)并進(jìn)行后期的數(shù)據(jù)加工和處理，可以監(jiān)測(cè)汽車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)，保證汽車(chē)和車(chē)內(nèi)人員的安全。

2 汽車(chē)智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

汽車(chē)智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用模塊化思路設(shè)計(jì)，主要由駕駛艙環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、控制核心模塊及顯示報(bào)警動(dòng)作模塊等組成。其中，駕駛艙環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊由呼吸監(jiān)測(cè)模塊、人體熱釋紅外感應(yīng)模塊、溫度檢測(cè)模塊及CO檢測(cè)模塊等子模塊組成?？刂坪诵哪K為宏晶科技的STC12C5A16S2單片機(jī)。顯示報(bào)警動(dòng)作模塊主要由指示燈、蜂鳴器、車(chē)窗電機(jī)、風(fēng)扇電機(jī)及12864液晶顯示器等子模塊組成。汽車(chē)智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 汽車(chē)智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成框圖

3 汽車(chē)智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電路原理

圖2 系統(tǒng)電路原理圖（截屏）

利用Protues軟件初步確定電路方案，并進(jìn)行電氣連接，如圖2所示。本生命健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能為液晶顯示屏顯示座艙當(dāng)前環(huán)境溫度、CO濃度以及乘客的呼吸頻率等指標(biāo)。當(dāng)呼吸、溫度或CO濃度指標(biāo)超出正常范圍，系統(tǒng)啟動(dòng)報(bào)警并驅(qū)動(dòng)相關(guān)風(fēng)扇電機(jī)、門(mén)鎖電機(jī)動(dòng)作。

4 乘客呼吸狀態(tài)監(jiān)測(cè)

本文重點(diǎn)介紹乘客呼吸狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理。駕駛艙環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊中的呼吸監(jiān)測(cè)模塊采用Xethru公司的X4M200呼吸監(jiān)測(cè)模塊，它可檢測(cè)身體運(yùn)動(dòng)、存在、距離及呼吸頻率等，并能實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的呼吸圖示跟蹤。其采用非接觸式檢測(cè)，無(wú)需佩戴，能夠透過(guò)衣服感應(yīng)，有效距離高達(dá)5 m，能準(zhǔn)確提供人的呼吸健康狀況數(shù)據(jù)，其與單片機(jī)接口通信如圖4所示。

圖3 X4M200呼吸監(jiān)測(cè)模塊

圖4 呼吸監(jiān)測(cè)模塊電氣接口圖

呼吸監(jiān)測(cè)模塊配置的呼吸參數(shù)狀態(tài)協(xié)議為：〈Start〉 + 〈XTS_SPR_APPDATA〉 + [XTS_ID_RESP_STATUS（i）] + [Counter（i）] + [StateCode（i）] + [StateData（i）] + [Distance（f）] + [Movement（f）] + [SignalQuality（i）] + 〈CRC〉 + 〈End〉。協(xié)議中的“StateData”為每分鐘呼吸次數(shù)；“Distance”為檢測(cè)到的呼吸的距離；“Movement”為呼吸相對(duì)運(yùn)動(dòng)；“SignalQuality”是對(duì)呼吸信號(hào)質(zhì)量的測(cè)量，通常用于識(shí)別傳感器是否正確安裝，是從0到10的值，其中0 =低（信號(hào)質(zhì)量差）和10=高（信號(hào)質(zhì)量好）。其中StateCode的對(duì)應(yīng)取值見(jiàn)表1所列。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)合理，并利用Protues仿真驗(yàn)證電路和軟件邏輯正確性，在系統(tǒng)調(diào)試階段找出錯(cuò)誤并解決，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。系統(tǒng)能夠?qū)ζ搩?nèi)溫度、CO濃度及呼吸頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)相應(yīng)模塊作出動(dòng)作。設(shè)計(jì)功能基本能實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)功能可以提高行車(chē)安全，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)座艙智能化。

表1 StateCode值