基于電容感應(yīng)觸摸式傳感器的設(shè)計VIP

1、班級：電氣2班 學(xué)號：0608130221 姓名：孟祥通 成績：基于電容感應(yīng)觸摸式傳感器的設(shè)計摘要：電容感應(yīng)防疲勞安全駕駛系統(tǒng)采用先進的電容感應(yīng)觸摸式傳感器，通過微處理器判斷駕駛員的注意力集中程度，通過音樂系統(tǒng)播放不同類型的音樂刺激司機，緩解駕駛員的壓力，使其集中注意力。關(guān)鍵詞：電容感應(yīng)觸摸式傳感器 The design of capacitance sensor touch sensorsAbstract: capacitive sensing anti fatigue safe driving system adopts advanced capacitive sensing touch

2、sensor, through the microprocessor to determine the driver's attention degree, played by music system of different types of music stimulate driver, alleviate the pressure of the driver, make its focus.Keywords: capacitive sensing touch sensors1引言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，商用長途貨物運輸車越來越多，隨著人們生活水平提高，私家轎車數(shù)量與日俱增。注意力不

3、集中是許多司機經(jīng)常遇到的一個問題，注意力分散的司機對駕駛環(huán)境的識別緩慢，產(chǎn)生相應(yīng)駕駛操作需要較長的時間，這樣帶來較高的行車危險性。防疲勞安全駕駛系統(tǒng)設(shè)計基于電容感應(yīng)觸摸式傳感器設(shè)計，旨在使注意力分散駕駛的司機能隨時通過系統(tǒng)發(fā)覺自己的駕駛狀態(tài)，通過此系統(tǒng)刺激駕駛員集中注意力，降低道路傷害對國家社會經(jīng)濟造成的損害。自主創(chuàng)新是當今社會的另一大主題。防疲勞安全駕駛系統(tǒng)采用先進的電容感應(yīng)觸摸式傳感器，通過微處理器判斷駕駛員的注意力集中程度，通過音樂系統(tǒng)播放不同類型的音樂或語音來刺激警示司機，緩解駕駛員的壓力，使其集中注意力。2設(shè)計系統(tǒng)概述2.1設(shè)計系統(tǒng)功能：1）自動檢測功能；2）實時判斷駕駛員注意力集中

4、情況；3) 與汽車中央CPU通信功能。2.2設(shè)計系統(tǒng)特點：1) 可非接觸式測量，可在高溫、輻射和強烈震動等劇烈工作環(huán)境下工作；2) 自動檢測、智能化判斷司機注意力情況；3) 成本低、使用方便；采用新型觸摸開關(guān)，美觀、磨損小、壽命長；4) 操作模式具有可選擇性；可與汽車中央CPU實時通信。3傳感器設(shè)計與選擇在這個系統(tǒng)中，電容式傳感器起到舉足輕重的作用，我們先來討論有關(guān)傳感器的信息。面向汽車應(yīng)用的開關(guān)和按鈕所遭受的設(shè)計約束必須應(yīng)對的不利條件是：1、寬溫度范圍2、寬濕度范圍3、駕乘人員連續(xù)不斷的污損。汽車內(nèi)傳感器的工作環(huán)境十分惡劣，因此對傳感器的要求也十分嚴格。這些傳感器必須要經(jīng)受住從一40+150

5、的溫度變化，而且要求精度高、可靠性好、反應(yīng)快、抗干擾和抗振動能力強，才能準確地實時檢測汽車運行的有關(guān)狀態(tài)，并將這些狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號供給單片機處理。電容感應(yīng)防疲勞安全駕駛系統(tǒng)組成示意圖電容感應(yīng)防疲勞安全駕駛系統(tǒng)組成示意圖如上圖所示，圖中方向盤左右分別裝有電容感應(yīng)式傳感器，專用于識別人手的觸摸動作，在汽車行駛過程中，駕駛者必須在一定的時間間隔內(nèi)觸摸傳感器位置把柄，如若在規(guī)定的時間內(nèi)駕駛者沒有觸摸電容感應(yīng)傳感器，則系統(tǒng)警示燈閃爍，同時音樂系統(tǒng)慢慢響起隨和的音樂，若在音樂想起一段時間后，駕駛者仍然未觸摸傳感器，系統(tǒng)再次判斷駕駛者最近幾次從看到警示燈或聽到音樂后到觸摸開關(guān)動作完成的時間間隔信息，粗略判斷

6、駕駛者的反應(yīng)靈敏度，然后更據(jù)不同情況播放不同類型音樂或語音。若認為最近司機反映敏捷則音響系統(tǒng)會自動播送節(jié)奏明快的進行曲，讓人精神更加振奮；當司機注意力嚴重不集中時，音響系統(tǒng)自動播激情音樂，從而引起司機的注意力。倘若駕駛者一直不觸摸電容感應(yīng)傳感器，則系統(tǒng)會自動給汽車中央CPU系統(tǒng)發(fā)送信號，并作出相應(yīng)處理，比如中央CPU會再次判斷車體運動狀態(tài)，進行減速等操作。3.1電容式傳感器工作原理電容式傳感器中的電容值以及電容變化值都非常小，這樣微小的電容量還不能直接為目前的現(xiàn)實儀表所顯示，也和難為記錄儀所接受。這就必須借助于測量電路檢測這一微小電容增量。并將其轉(zhuǎn)換成與其成單值函數(shù)關(guān)系的電壓、電流或者頻率。電

7、容轉(zhuǎn)換電路有調(diào)頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調(diào)制電路等。經(jīng)過大量資料證明，調(diào)頻電容傳感器測量電路具有較高的靈敏性度，可以測量高至0.01 m級位移變化量。信號的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測量，并與計算機通訊，抗干擾能力強，可以發(fā)送接收，以達遙控遙測的目的。這正好符合了智能化與自動檢測的要求，因此選擇調(diào)頻電容傳感器測量電路裝入此測量系統(tǒng)。調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分，當輸入量導(dǎo)致電容發(fā)生變化時，振蕩器的震蕩頻率就發(fā)生變化，經(jīng)過放大就可以用儀器指示記錄儀記錄下來。調(diào)頻式測量電路如下圖所示。3.2觸摸式傳感器對于典型的電容式傳感器，規(guī)定其覆蓋層的厚度為3

8、mm或更薄。隨著覆蓋層厚度的增加，來傳感手指的觸摸將變得越來越困難。所有電容式觸摸傳感系統(tǒng)的核心部分都是一組與電場相互作用的導(dǎo)體。在皮膚下面，人體組織中充滿了傳導(dǎo)電解質(zhì)。正是手指的這種導(dǎo)電特性，使得電容式觸摸傳感成為可能。簡單的平行板電容器具有兩個導(dǎo)體，其間隔著一層電介質(zhì)。該系統(tǒng)中的大部分能量直接聚集在電容器極板之間。少許能量會泄露到電容器極板以外的空間。該電容式傳感系統(tǒng)的基本元件包括：一個可編程電流源、一個精密模擬比較器和一根用來按順序傳輸一組電容式傳感器信號的多路復(fù)用總線。在本文所討論的系統(tǒng)中，一個弛張振蕩器起著電容傳感器的作用。該振蕩器的簡化電路示意圖如下圖所示。振蕩器簡化電路示意圖比較

9、器的輸出被送進脈沖寬度調(diào)制器(PWM)的時鐘輸入電路，該PWM負責(zé)對一個時鐘頻率為24MHz的16位計數(shù)器進行門控。傳感器上面的手指使電容增大，從而導(dǎo)致計數(shù)值增加。就是基于這一原理來檢測到手指的存在。33光電式車速傳感器光電式車速傳感器是固態(tài)的光電半導(dǎo)體傳感器，它由帶孔的轉(zhuǎn)盤兩個光導(dǎo)體纖維，一個發(fā)光二極管，一個作為光傳感器的光電三極管組成。一個以光電三極管為基礎(chǔ)的放大器為發(fā)動機控制電腦或點火模塊提供足夠功率的信號，光電三極管和放大器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(開關(guān)脈沖)。發(fā)光二極管透過轉(zhuǎn)盤上的孔照到光電二極管上實現(xiàn)光的傳遞與接收。轉(zhuǎn)盤上間斷的孔可以開閉照射到光電三極管上的光源，進而觸發(fā)光電三極管和放大器

10、，使之像開關(guān)一樣地打開或關(guān)閉輸出信號。 4整體系統(tǒng)設(shè)計電容感應(yīng)防疲勞安全駕駛系統(tǒng)由電容感應(yīng)傳感器，微處理器和音樂系統(tǒng)等部分組成。其獨特之處是：在方向盤左右兩邊個安裝有一個電容式觸摸傳感器，用于接收或識別人的觸摸動作，微處理器實時檢測傳感器信號，記錄每次接收到信號的時間，實時判斷上次信號已發(fā)生的時間間隔和分析次信號發(fā)生的時間信息，智能判斷駕駛者的精神狀態(tài)和注意力集中情況，然后根據(jù)判斷結(jié)果命令音響系統(tǒng)播放不同類型的音樂。該系統(tǒng)工作時有兩種工作模式可以供司機選擇，第一種是定時提示，即每過一定的時間進行提示，時間間隔為正常人的注意力集中時間；第二種工作模式是智能化提示模式，在該模式運行時，系統(tǒng)會自動判

11、定司機的注意力集中情況和車速大小智能選取提示時間間隔。設(shè)計圖如下：4.1信號檢測汽車傳感器輸出信號一般為電壓、電阻、脈沖信號及開關(guān)量等，下面分別介紹這些信號的檢測方法。（1）電壓信號 為了提高抗干擾能力和檢測精度，先將電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路變換為05V的標準信號，再經(jīng)V/F變換轉(zhuǎn)換為脈沖量，經(jīng)光耦隔離后通過C8051F005單片機的PCA陣列計數(shù)處理。VF轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用電路如圖2所示，其中，將有源時鐘振蕩器輸出的3MHz脈沖信號經(jīng)74HC393四分頻后作為AD652的外部時鐘源。（2）電阻信號電阻信號先經(jīng)惠斯通電橋轉(zhuǎn)換為05V的標準信號，再經(jīng)VF變換轉(zhuǎn)換為脈沖量，經(jīng)光耦隔離，最后通過C8051F

12、005單片機的PCA陣列計數(shù)處理。（3）脈沖信號 經(jīng)光耦隔離后的脈沖信號直接通過C8051F005單片機的PCA陣列計數(shù)處理。（4）開關(guān)信號開關(guān)量采集原理圖如圖3所示。當剎車和轉(zhuǎn)向燈等工作狀態(tài)發(fā)生改變時，其輔助接點將接通YX回路的+12V電源，此時光耦導(dǎo)通，其輸出狀態(tài)發(fā)生改變，在單片機定時中斷服務(wù)程序內(nèi)通過IO口讀取該狀態(tài)即可，其動作分辨率可達lms。5總結(jié)電容感應(yīng)防疲勞安全駕駛系統(tǒng)解決了消費者在使用汽車中所遇到的困難，這套系統(tǒng)在實際設(shè)計的時候能夠達到性能穩(wěn)定、操作簡便、價格適中，會很受消費者歡迎，具有一定的商業(yè)價值，這樣系統(tǒng)的市場潛力很大。但是我只是在學(xué)習(xí)了傳感器這門課后進行了淺顯的設(shè)想，將所學(xué)的知識進行了一定的整合，并與實際生活聯(lián)系起來，讓理論與實際相結(jié)合。真正是否能夠設(shè)計并投入使用還需要一定的時間和更專業(yè)和精確的計算。參考文獻1 張洪潤.傳感器應(yīng)