一种智能汽车座垫及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种智能汽车座垫及其测量方法，智能汽车坐垫包括坐垫和坐垫主体以及依附在坐垫周围的四个酒精浓度传感器，坐垫主体包括压电薄膜层、电容薄膜层、柔性绝胶层、柔性电路层。测量方法的步骤包括：通过传感器采集心率、呼吸、压力、酒精浓度信号；软硬件过滤干扰；处理计算得到测量信号得出驾驶人员的一系列的驾驶状态信息；针对得到的驾驶状态做出相应的反馈预警。本发明专利技术通过智能汽车坐垫非接触式电路来测量驾驶人员在驾车过程中的坐姿舒适度、疲劳度、是否饮酒等状态，测量方法简单，适用于车辆驾驶过程中的实时监控。

Intelligent automobile cushion and measuring method thereof

The invention discloses an intelligent car seat and its measurement method, including intelligent car seat cushion and the cushion body and attached to the four alcohol concentration sensor seat around the cushion body comprises a piezoelectric film layer, capacitor film layer, flexible layer, flexible circuit layer is. The measuring method comprises the following steps: collecting the heart rate, respiration, pressure, alcohol concentration signal through the sensor; hardware filtering interference; processing the calculated signal to obtain a series of driving state driving personnel information; feedback warning corresponding the driving state. The car seat through the intelligent non-contact circuit to measure the driver in the driving process of comfort and fatigue, whether the consumption of alcohol, the measurement method is simple and suitable for real-time monitoring of vehicle driving.

【技术实现步骤摘要】
一种智能汽车座垫及其测量方法
本专利技术涉及一种汽车用品，尤其涉及一种智能汽车坐垫及其测量方法。
技术介绍
近些年随着我国的汽车制造技术的迅猛发展，越来越多的人开始驾驶汽车或者乘坐公共汽车作为自己出行的方式。汽车作为一种快捷灵活的交通工具，为我国人民的生活带来了极大的便捷，也为我国经济发展做出了极大的贡献，但是这种交通工具的广泛使用也直接导致了很多的交通事故发生。造成车祸的原因有很多种，但是造成重大车祸以至于导致人员伤亡的原因有很大一部分是因为驾驶人员在驾驶过程中醉酒和疲劳。目前市场上的安全驾驶科技都是集中在车辆本身的安全性能，如安全气囊、行车记录仪、碰撞预警、盲区探测等。这些技术虽然可以一定程度上提高了驾驶过程中的安全性，但是在整个驾驶过程中，驾驶人员才是整个车辆的控制核心。这些技术都不能反映出驾驶员的生理状态，一旦驾驶人员出现饮酒驾驶和疲劳驾驶的状态，整个驾驶过程中安全性将得不到保证。虽然现在无人驾驶技术发展十分快速，并且可以完全解决疲劳驾驶和酒后驾驶的问题，但是无人驾驶技术其网络安全问题、成本问题和应急事件处理能力目前还难以被大规模的使用。驾驶人员在驾驶过程中接触最为直接的物体就是汽车的坐垫，因此把坐垫作为采集驾驶人员生理状态的介质最为合适。但是目前市场上的智能汽车坐垫大多都是制冷、制热、按摩等功能、这些功能只是提高了驾驶过程中的舒适度，不具有检测驾驶员疲劳驾驶和检测是否饮酒等功能，也不能根据驾驶人员生理状态做出恰当的反馈。例如申请号为201620112647.8的中国专利公开了一种四季通用多功能智能汽车坐垫，该坐垫具有按摩、加热、通风等功能，但是不具有人体生理状态监测功能。申请号201520831514.9的中国专利公开了一种智能汽车坐垫装置，该装置可以监控驾驶人员健康状况且有效缓解疲劳驾驶，但是该专利没有提出具体生理健康指标测量与计算方式。可以看出目前市场上这类可以检测驾驶人员的生理状态的智能坐垫还是比较稀少，这类产品具有较大的开发价值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种智能汽车座垫及其测量方法，以有效地检测汽车在行驶过程中驾驶车辆人员的生理状态包括坐姿、疲劳度、是否饮酒等，提高驾驶过程中的安全性。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种智能汽车坐垫，其特征是，包括坐垫主体以及依附在坐垫周围的酒精传感器；所述的坐垫主体包括由上至下依次叠置的压电薄膜层、柔性电路层和电容薄膜层，所述的压电薄膜层下表面和柔性电路层上表面之间由第一柔性绝缘胶层连接，所述的柔性电路层下表面和电容薄膜层上表面之间由第二柔性绝缘胶层连接；所述的压电薄膜层上、下表面分别设置有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极引出后与柔性电路层的信号处理电路相连接；所述的电容薄膜层上、下表面分别设有横向导电胶带和纵向导电胶带，所述的横向导电胶带和纵向导电胶带引出后与柔性电路板的信号处理电路相连接；压电薄膜呈多S弯形均匀分布在整个压电薄膜层上。进一步地，所述的柔性电路层包括电源模块、传感器模块、信号处理模块、信号采集与分析模块和信号存储发送模块，所述的电源模块包括基准电压源、模拟电源、数字电源，基准电压源为传感器模块中的酒精传感器供电，模拟电源为传感器信号输出后的信号处理模块供电，数字电源为信号采集与分析模块和信号存储发送模块供电；所述的信号处理模块包括处理酒精传感器输出信号的电压放大电路和低通滤波电路，处理压电薄膜输出信号的电荷放大器和工频滤波电路，处理电容阵列输出信号的多路模拟开关；所述的信号采集与分析模块包括高精度ADC、高速ADC、多通道CDC、FPGA和微处理器，所述的高精度ADC、高速ADC、多通道CDC分别与FPGA相连接，所述的FPGA与微处理器相连接，所述的微处理器还与多路模拟开关相连接；所述的信号存储与发送模块包括ROM和蓝牙，所述的ROM和蓝牙与所述微处理器相连接。进一步地，所述的电容薄膜层包括多个柔性电容式压力传感器构成的多个压力传感器阵列、压力传感器阵列上表面的横向柔性导电胶带和压力传感器阵列下表面的纵向柔性导电胶带，电容薄膜层上表面的同一行的电极由导电胶带横向连接，下表面同一列的电极由导电胶带纵向连接，上下表面的导电胶带构成一个压力传感器测量矩阵；单个柔性电容式压力传感器上下表面分别有引出的两个测量电极，引出的测量电极与柔性电路层的多路模拟开关相连接。进一步地，所述酒精传感器设置在坐垫主体的四个顶点处，其引出电极与柔性电路层的酒精传感器信号处理电路相连。进一步地，还包括坐垫主体的保护外套，所述保护外套的材质为聚氯乙烯。在应用时，将整个智能汽车坐垫放置在聚氯乙烯保护外套内，电源线从保护外套留有的接口引出，并接通电源。保护外套四周设置有固定卡扣用于将智能汽车坐垫固定在汽车座椅上。进一步地，所述电容薄膜层的压力传感器阵列包括三种密度的传感器阵列，分别为单位面积内9*9、5*5、3*3个数的传感器单元密度的阵列。对于人体与坐垫接触较多的区域，放置9*9密度的传感器拍排布，对于边缘区域放置3*3密度的传感器。剩余的中间区域，采用5*5的密度传感器排布。进一步地，所述压电薄膜层的材质为PVDF。进一步地，所述的酒精传感器为MQ-3酒精气体传感器。其使用的气敏材料为在清洁空气中导电率较低的二氧化锡。当传感器存所处的环境中存在酒精蒸汽时，传感器的电导率随空气中酒精气体浓度的增大而增大。所以即可根据此原理将空气中酒精浓度信号转换为电信号来进行测量。本专利技术还提供了一种智能汽车坐垫的测量方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将智能汽车坐垫固定在汽车座椅上，接通电源，智能汽车坐垫开始工作；(2)FPGA驱动压电薄膜对应的高速ADC，如果检测到ADC测量的电压大于VG的值，则检测到有人坐在汽车坐垫上，随后FPGA开启所有测量通道，包括高精度ADC通道、高速ADC、和多通道CDC；(3)FPGA驱动高精度ADC采集智能汽车坐垫四个引脚的酒精传感器输出电压值，然后换算成空气中的浓度值D1、D2、D3、D4，计算出平均酒精浓度为和预设的酒精浓度预警值DG相比较，判断酒精浓度是否超标；(4)FPGA和微控制器协同工作，微控制器驱动多路模拟开关，选择被测量区域的电容，FPGA驱动多通道CDC测量被选择区域的电容值记下Cxy，其对应的压力值为Fxy，依次扫描并测量智能坐垫所有区域的电容值，得到汽车驾驶人员在智能汽车坐垫上的压力分布模型M；建立标准坐姿的压力分布模型M'，计算标准坐姿压力分布模型M'和测量的压力分布模型M的欧氏距离D＝|M-M'|,将D作为测量的压力分布模型对标准压力分布模型的偏离程度判断依据，如果经过计算得到D超过了允许阈值D'，则认为驾驶人员坐姿不标准，则通过蓝牙模块发送信息给车身控制器，提醒驾驶员调整坐姿以减轻驾驶过程中产生的疲劳；(5)在驾驶过程中，FPGA驱动高速ADC测量压电薄膜经过对应信号处理电路输出的信号，FPGA将采集的信号发送给微处理器，微处理器对采集的信号进行基函数DB4的小波分解，提取出经过小波分解后的心率和呼吸信号；设定每五分钟测定一次人体的疲劳状态，则t时刻的呼吸和心率频率分别为a(t)和h(t)，五分钟时间内的平均呼吸和心率频率为和计算出心率和呼吸的标准方差分别为和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能汽车坐垫，其特征是，包括坐垫主体以及依附在坐垫周围的酒精传感器；所述的坐垫主体包括由上至下依次叠置的压电薄膜层、柔性电路层和电容薄膜层，所述的压电薄膜层下表面和柔性电路层上表面之间由第一柔性绝缘胶层连接，所述的柔性电路层下表面和电容薄膜层上表面之间由第二柔性绝缘胶层连接；所述的压电薄膜层上、下表面分别设置有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极引出后与柔性电路层的信号处理电路相连接；所述的电容薄膜层上、下表面分别设有横向导电胶带和纵向导电胶带，所述的横向导电胶带和纵向导电胶带引出后与柔性电路板的信号处理电路相连接；压电薄膜呈多S弯形均匀分布在整个压电薄膜层上。

【技术特征摘要】
1.一种智能汽车坐垫，其特征是，包括坐垫主体以及依附在坐垫周围的酒精传感器；所述的坐垫主体包括由上至下依次叠置的压电薄膜层、柔性电路层和电容薄膜层，所述的压电薄膜层下表面和柔性电路层上表面之间由第一柔性绝缘胶层连接，所述的柔性电路层下表面和电容薄膜层上表面之间由第二柔性绝缘胶层连接；所述的压电薄膜层上、下表面分别设置有第一电极和第二电极，所述的第一电极和第二电极引出后与柔性电路层的信号处理电路相连接；所述的电容薄膜层上、下表面分别设有横向导电胶带和纵向导电胶带，所述的横向导电胶带和纵向导电胶带引出后与柔性电路板的信号处理电路相连接；压电薄膜呈多S弯形均匀分布在整个压电薄膜层上。2.根据权利要求1所述的一种智能汽车坐垫，其特征是，所述的柔性电路层包括电源模块、传感器模块、信号处理模块、信号采集与分析模块和信号存储发送模块，所述的电源模块包括基准电压源、模拟电源、数字电源，基准电压源为传感器模块中的酒精传感器供电，模拟电源为传感器信号输出后的信号处理模块供电，数字电源为信号采集与分析模块和信号存储发送模块供电；所述的信号处理模块包括处理酒精传感器输出信号的电压放大电路和低通滤波电路，处理压电薄膜输出信号的电荷放大器和工频滤波电路，处理电容阵列输出信号的多路模拟开关；所述的信号采集与分析模块包括高精度ADC、高速ADC、多通道CDC、FPGA和微处理器，所述的高精度ADC、高速ADC、多通道CDC分别与FPGA相连接，所述的FPGA与微处理器相连接，所述的微处理器还与多路模拟开关相连接；所述的信号存储与发送模块包括ROM和蓝牙，所述的ROM和蓝牙与所述微处理器相连接。3.根据权利要求1所述的一种智能汽车坐垫，其特征是，所述的电容薄膜层包括多个柔性电容式压力传感器构成的多个压力传感器阵列、压力传感器阵列上表面的横向柔性导电胶带和压力传感器阵列下表面的纵向柔性导电胶带，电容薄膜层上表面的同一行的电极由导电胶带横向连接，下表面同一列的电极由导电胶带纵向连接，上下表面的导电胶带构成一个压力传感器测量矩阵；单个柔性电容式压力传感器上下表面分别有引出的两个测量电极，引出的测量电极与柔性电路层的多路模拟开关相连接。4.根据权利要求1所述的一种智能汽车坐垫，其特征是，所述酒精传感器设置在坐垫主体的四个顶点处，其引出电极与柔性电路层的酒精传感器信号处理电路相连。5.根据权利要求1所述的一种智能汽车坐垫，其特征是，还包括坐垫主体的保护外套，所述保护外套的材质为聚氯乙烯。6.根据权利要求1所述的一种智能汽车坐垫，其特征是，所述电容薄膜层的压力传感器阵列包括三种密度的传感器阵列，分别为单位面积内9*9、5*5、3*3个数的传感器单元密度的阵列。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加宏，陈剑翔，李敏，潘周光，李美蓉，顾芳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32