唐山學(xué)院 高 欣

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

1 汽車智能座艙的功能需求分析

目前汽車能夠檢測座艙的溫度信息，用于顯示和自動控制空調(diào)，少數(shù)高端品牌汽車可以檢測座艙中的有害氣體，并自動進(jìn)行排風(fēng)處理。汽車座艙內(nèi)的空氣質(zhì)量直接影響駕乘人員的人身安全。汽車的車內(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，車內(nèi)遺忘兒童并因座艙溫度過高窒息的案例也不勝枚舉，駐車狀態(tài)下開空調(diào)休息引起有害氣體中毒事件也偶有發(fā)生。

隨著無人駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車迫切需要一個智能座艙能代替“人”的選擇與控制，保證座艙環(huán)境的健康舒適，自動監(jiān)控駕駛?cè)撕统丝偷慕】邓綌?shù)據(jù)，并通過長期采集數(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)測汽車的運(yùn)行狀態(tài)，保證汽車和車內(nèi)人員的安全。

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

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

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

3 汽車智能座艙的生命健康狀態(tài)監(jiān)測系統(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)啟動報警并驅(qū)動相關(guān)風(fēng)扇電機(jī)、門鎖電機(jī)動作。

4 乘客呼吸狀態(tài)監(jiān)測

本文重點(diǎn)介紹乘客呼吸狀態(tài)監(jiān)測原理。駕駛艙環(huán)境監(jiān)測模塊中的呼吸監(jiān)測模塊采用Xethru公司的X4M200呼吸監(jiān)測模塊，它可檢測身體運(yùn)動、存在、距離及呼吸頻率等，并能實(shí)現(xiàn)毫米級的呼吸圖示跟蹤。其采用非接觸式檢測，無需佩戴，能夠透過衣服感應(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)測模塊

圖4 呼吸監(jiān)測模塊電氣接口圖

呼吸監(jiān)測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”為檢測到的呼吸的距離；“Movement”為呼吸相對運(yùn)動；“SignalQuality”是對呼吸信號質(zhì)量的測量，通常用于識別傳感器是否正確安裝，是從0到10的值，其中0 =低（信號質(zhì)量差）和10=高（信號質(zhì)量好）。其中StateCode的對應(yīng)取值見表1所列。

本系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)合理，并利用Protues仿真驗證電路和軟件邏輯正確性，在系統(tǒng)調(diào)試階段找出錯誤并解決，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，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時能夠驅(qū)動相應(yīng)模塊作出動作。設(shè)計功能基本能實(shí)現(xiàn)，對應(yīng)功能可以提高行車安全，實(shí)現(xiàn)汽車座艙智能化。

表1 StateCode值