[發明專利]一種智能汽車座墊及其測量方法

有效

• 申請號: 201710315670.6
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107082034B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 張加宏;陳劍翔;李敏;潘周光;李美蓉;顧芳
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: B60N2/62
• 分類號: B60N2/62;B60N2/90;A61B5/0205;G01D21/02;B60K28/06
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;王玉

1.一種智能汽車坐墊，其特征是，包括坐墊主體以及依附在坐墊周圍的酒精傳感器；所述的坐墊主體包括由上至下依次疊置的壓電薄膜層、柔性電路層和電容薄膜層，所述的壓電薄膜層下表面和柔性電路層上表面之間由第一柔性絕緣膠層連接，所述的柔性電路層下表面和電容薄膜層上表面之間由第二柔性絕緣膠層連接；所述的壓電薄膜層上、下表面分別設置有第一電極和第二電極，所述的第一電極和第二電極引出后與柔性電路層的信號處理電路相連接；所述的電容薄膜層上、下表面分別設有橫向柔性導電膠帶和縱向導電膠帶，所述的橫向柔性導電膠帶和縱向導電膠帶引出后與柔性電路板的信號處理電路相連接；壓電薄膜呈多S彎形均勻分布在整個壓電薄膜層上；

所述智能汽車坐墊的操作方法，包括以下步驟：

(1)將智能汽車坐墊固定在汽車座椅上，接通電源，智能汽車坐墊開始工作；

(2)FPGA驅動壓電薄膜對應的高速ADC，如果檢測到ADC測量的電壓大于V_G的值，則檢測到有人坐在汽車坐墊上，隨后FPGA開啟所有測量通道，包括高精度ADC通道、高速ADC、和多通道CDC；

(3)FPGA驅動高精度ADC采集智能汽車坐墊四個引腳的酒精傳感器輸出電壓值，然后換算成空氣中的濃度值D1、D2、D3、D4，計算出平均酒精濃度為和預設的酒精濃度預警值D_G相比較，判斷酒精濃度是否超標；

(4)FPGA和微控制器協同工作，微控制器驅動多路模擬開關，選擇被測量區域的電容，FPGA驅動多通道CDC測量被選擇區域的電容值記下C_xy，其對應的壓力值為F_xy，依次掃描并測量智能坐墊所有區域的電容值，得到汽車駕駛人員在智能汽車坐墊上的壓力分布模型M；建立標準坐姿的壓力分布模型M'，計算標準坐姿壓力分布模型M'和測量的壓力分布模型M的歐氏距離D＝|M-M'|,將D作為測量的壓力分布模型對標準壓力分布模型的偏離程度判斷依據，如果經過計算得到D超過了允許閾值D'，則認為駕駛人員坐姿不標準，則通過藍牙模塊發送信息給車身控制器，提醒駕駛員調整坐姿以減輕駕駛過程中產生的疲勞；

(5)在駕駛過程中，FPGA驅動高速ADC測量壓電薄膜經過對應信號處理電路輸出的信號，FPGA將采集的信號發送給微處理器，微處理器對采集的信號進行基函數DB4的小波分解，提取出經過小波分解后的心率和呼吸信號；設定每五分鐘測定一次人體的疲勞狀態，則t時刻的呼吸和心率頻率分別為a(t)和h(t)，五分鐘時間內的平均呼吸和心率頻率為和計算出心率和呼吸的標準方差分別為和和分別反映了呼吸和心率在這一段時間內的波動程度，當和時，認為駕駛人員出現了臨界疲勞的狀態，智能汽車坐墊通過藍牙模塊發送信號給車身控制器，建議駕駛人員停車休息；

判斷酒精濃度是否超標的方法為：

(1)如果表示空氣中酒精濃度較低，車內人員不存在飲酒情況，智能坐墊通過藍牙模塊發送信號給車身控制器，授予駕駛人員啟動權限；

(2)如果且d為濃度偏移容許值，表示車內酒精濃度超過警戒值，但是測量的酒精濃度是由于其他座位上的乘客引起的，處理情形同第一種情況；

(3)如果且表示駕駛人員已經飲酒，智能坐墊通過藍牙模塊發送信號給車身控制器，鎖定駕駛人員汽車發動點火權限，并發出警報聲，提示駕駛人員已經飲酒，不適宜駕駛車輛。

2.根據權利要求1所述的一種智能汽車坐墊，其特征是，所述的柔性電路層包括電源模塊、傳感器模塊、信號處理模塊、信號采集與分析模塊和信號存儲發送模塊，所述的電源模塊包括基準電壓源、模擬電源、數字電源，基準電壓源為傳感器模塊中的酒精傳感器供電，模擬電源為傳感器信號輸出后的信號處理模塊供電，數字電源為信號采集與分析模塊和信號存儲發送模塊供電；所述的信號處理模塊包括處理酒精傳感器輸出信號的電壓放大電路和低通濾波電路，處理壓電薄膜輸出信號的電荷放大器和工頻濾波電路，處理電容陣列輸出信號的多路模擬開關；所述的信號采集與分析模塊包括高精度ADC、高速ADC、多通道CDC、FPGA和微處理器，所述的高精度ADC、高速ADC、多通道CDC分別與FPGA相連接，所述的FPGA與微處理器相連接，所述的微處理器還與多路模擬開關相連接；所述的信號存儲與發送模塊包括ROM和藍牙，所述的ROM和藍牙與所述微處理器相連接。