一种汽车驾乘人员座椅姿态的计算机识别方法技术

本发明专利技术提供了一种汽车驾乘人员座椅姿态的计算机识别方法，其特征在于：根据汽车座椅对压力传感器以及座椅角度传感器进行布置方式设计，在座椅的坐垫以及靠背上均布置两个高密度的薄膜式压力传感器阵列，同时在座椅头枕处布置了单点传感器；加上头枕处压力传感器辅助压力检测，检测驾乘人员在座椅上的压力分布；安装在座椅上的角度传感器检测的座椅靠背角，进而得到驾乘人员实际的坐姿；本发明专利技术基于压力传感器开发的数据采集系统成本低廉，对计算设备配置要求较低且能高效地进行压力数据采集，配合座椅角度传感器可以实现对驾乘人员的坐姿状态准确识别。的坐姿状态准确识别。的坐姿状态准确识别。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车驾乘人员座椅姿态的计算机识别方法


[0001]本专利技术涉及汽车驾驶员以及乘员坐姿识别领域，具体涉及一种基于阵列压力传感器、压力感知器以及座椅角度传感器的汽车驾驶员以及乘员坐姿识别方法。

技术介绍

[0002]汽车驾驶员以及乘员在座椅上压力的分布将反映其坐姿情况，而驾驶员的坐姿同样反映驾驶员的驾驶状态(是否高度集中或者处于放松状态)，随着汽车自动驾驶技术的飞速发展，驾乘人员的驾驶以及乘坐方式也将革新，这对于驾乘人员的安全保护系统的设计将是一大挑战，而驾乘人员的坐姿状态对于汽车约束保护系统对驾乘人员的防护效力有着重要的影响，其坐姿状态的识别将是汽车安全保护系统设计的基石。
[0003]传统且较常用的驾乘人员坐姿识别技术主要是基于图像视觉技术，通过摄像头等视觉传感器获取驾驶员的坐姿图像信息，而体压分布是指当驾乘人员坐在座椅上时，座椅反映人体压力分布的状态，通过体压分布信息可以反映驾乘人员的坐姿状态，和视觉传感器相比，压力分布传感器不受光照亮度、驾乘人员遮挡以及人体着装等环境因素的影响，可以获取驾乘人员的高精度体压分布信息，融合座椅靠背角度信息即可精确获取驾乘人员的坐姿状态，而且这些传感器可以方便的嵌入到座椅中。
[0004]常用的压力传感器有压阻式和电容式压力传感器，电容式压力传感器由于材料和工艺限制可能导致传感器厚度较大，在测量过程会减小被测表面负荷面积，使得测量值存在偏差，而压阻式压力传感器将敏感单元放置于薄膜，利用压阻特性进行压力测量，是目前应用最为广泛的压力传感器，此外，压力传感器配套的数据采集系统成本高，且功能繁琐，不适合用于汽车体压分布数据采集。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是基于压力传感器开发的数据采集系统成本低廉，对计算设备配置要求较低且能高效地进行压力数据采集，配合座椅角度传感器可以实现对驾乘人员的坐姿状态准确识别，从而提供一种驾乘人员坐姿的计算机识别方法。
[0006]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种汽车驾乘人员座椅姿态的计算机识别方法，根据汽车座椅对压力传感器以及座椅角度传感器进行布置方式设计，在座椅的坐垫以及靠背上均布置两个高密度的薄膜式压力传感器阵列，同时在座椅头枕处布置了单点传感器；
[0007]使用的每一个薄膜式压力传感器阵列具体包括44行52列，共2288个压力传感点，感应区尺寸长为36.4cm，宽为30.5cm，单点感应区尺寸为5mm*5mm；加上头枕处压力传感器辅助压力检测，检测驾乘人员在座椅上的压力分布；安装在座椅上的角度传感器检测的座椅靠背角，进而得到驾乘人员实际的坐姿；
[0008]高速数据采集系统，高速数据采集系统，分别对行列采用多路模拟开关组进行行列通道选择，由微控制器I/O口控制模拟开关进行行列选通；
[0009]由于行列传感点存在耦合，在选通电路中加入基于放大器的解耦电路，将所有传感点转换为一路电阻信号，并进行通道高速切换，可实现所有传感点的选通；利用信号调理电路将电阻信号转换为AD转换范围内的电压信号。
[0010]微控制器控制DAC模块输出可调的稳定电压，作为电阻采集电路的基准电压，并经过同相输入放大器、解耦电路以及反相输出放大器得到输出电压信号。
[0011]进一步地，数据采集电路采用微控制器自带AD模块，USB高速通信电路，采用FT232HL芯片进行设计，FT232HL可以直接连接FIFO转换为高速USB通信。
[0012]进一步地，上位机基于Matlab软件，读取USB通信传输的数据，通过数据处理和计算得到完整的驾乘人员的体压分布图
[0013]本专利技术的有益效果在于：
[0014](1)本专利技术将所有传感点转换为一路电阻信号，并进行通道高速切换，可实现所有传感点的选通。
[0015](2)本专利技术中数据采集电路采用微控制器自带AD模块，节约微控制器I/O口，减少硬件成本以及空间，同时也能满足数据采集速度要求。
[0016](3)本专利技术中FT232HL可以直接连接FIFO转换为高速USB通信，FIFO芯片以其灵活、方便、高效的特性，广泛应用于高速数据采集、高速数据处理、高速数据传输等方面。
附图说明
[0017]图1为本专利技术汽车座椅传感器布置示意图；
[0018]图2为本专利技术驾乘人员坐姿识别方法流程图；
[0019]图3为本专利技术实施例的硬件结构图。
[0020]其中：1、头枕压力传感器；2、靠背薄膜式压力传感器阵列；3、坐垫薄膜式压力传感器阵列；4、座椅靠背角度传感器。
具体实施方式
[0021]下面结合具体图示以及实施例对本专利技术的技术方案进一步说明。
[0022]图1所示是本专利技术为了检测驾乘人员的坐姿，在汽车座椅上所需要布置的传感器示意图。
[0023]具体包括坐垫薄膜式压力传感器阵列、靠背薄膜式压力传感器阵列、头枕压力传感器以及座椅靠背角度传感器。
[0024]其中座椅靠背角度传感器用于检测汽车座椅的靠背角度。
[0025]坐垫以及靠背压力传感器阵列和头枕压力传感器用于检测当前驾驶或乘坐状态的驾乘人员处于当前座椅上的体压分布。
[0026]为了保证汽车座椅的美观和完整性以及传感器的检测准确性，这些传感器均可以嵌入汽车座椅中。
[0027]在此实施例中，针对坐垫压力传感器阵列设计了其体压分布数据采集系统。
[0028]压力传感器阵列包含44行52列，共2288个传感点，每个传感点便是一路压力信号。
[0029]必须经过扫描电路进行逐行逐列扫描才能得到该传感器所有的传感点对应的压力信号。
[0030]实施例中，控制器型号选用STM32F103ZET6，共有112个GPIO端口，两个12位的DAC通道，作为数据采集系统的控制芯片。
[0031]实施例中，行列扫描电路采用CD4051多路模拟开关进行通道切换选择。
[0032]一片CD4051通过3个端口二进制编码分别控制选通8路压力信号，44行52列的压力传感器阵列分别需要6片CD4051进行行选通，7片CD4051进行列选通。
[0033]其中CD4051的控制端口均由控制器的I/O口进行控制。
[0034]为了解决行列传感点耦合问题，利用放大器虚短即两输入端等电位的原理，实施例中放大器选用双运算放大器LM358。
[0035]具体来说，利用行选通开关依次向各行输出驱动电压，每列传感器接放大器负输入端，而放大器正输入端接地，再连接列选通开关以及反相放大电路，实现传感器行列选通单点测量。
[0036]实施例中，通过采用DAC模块进行数模转换，输出可调稳定基准电压U
DAC
。
[0037]可根据实际压力信号的强弱，进行调节，使得最终采集的电压值和压力值幅度可以调节。
[0038]并输入至同相放大器，作为传感点电压测量的驱动电压。
[0039]进一步连接信号调理电路，通过将电阻与传感点串联分压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车驾乘人员座椅姿态的计算机识别方法，其特征在于：根据汽车座椅对压力传感器以及座椅角度传感器进行布置方式设计，在座椅的坐垫以及靠背上均布置两个高密度的薄膜式压力传感器阵列，同时在座椅头枕处布置了单点传感器；使用的每一个薄膜式压力传感器阵列具体包括44行52列，共2288个压力传感点，感应区尺寸长为36.4cm，宽为30.5cm，单点感应区尺寸为5mm*5mm；加上头枕处压力传感器辅助压力检测，检测驾乘人员在座椅上的压力分布；安装在座椅上的角度传感器检测的座椅靠背角，进而得到驾乘人员实际的坐姿；高速数据采集系统，高速数据采集系统，分别对行列采用多路模拟开关组进行行列通道选择，由微控制器I/O口控制模拟开关进行行列选通；由于行列传感点存在耦合，在选通电路中加入基于放大器的解耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾明东，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：