Система контроля физического состояния водителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Информационно-измерительная техника и метрология»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине «Микропроцессорные средства и системы»

на тему: «Система контроля физического состояния водителя»

Студент:

Абаренчев Р.Н.

Руководитель

Бодин О.Н.

Пенза 2017



Содержание

Введение

1. Обзор существующих систем контроля состояния водителя

2. Разработка структурной схемы проектируемой системы

2.1 Выбор автономного источника питания

2.2 Выбора датчика температуры

2.3 Выбор датчика давления

2.4 Выбор микроконтроллеров

2.5 Выбор модуля беспроводной связи

3. Алгоритм работы микроконтроллеров

Заключение

Список использованных источников



Введение

Согласно статистике дорожно-транспортных происшествий по всему миру неудовлетворительное физическое состояние водителя является одной из главных причин значительного количества аварий на автомобильных дорогах [1]. По данным Национального агентства по безопасности хайвэев (NHTSA) примерно 25-50% аварий происходит из-за невнимательности водителя, половина случаев снижения внимательности связана по статистике с усталостью или физическими недугами [2]. В настоящее время многие автопроизводители озадачены разработкой систем для контроля состояния водителя. Эти системы предназначены для оповещения водителя транспортного средства (ТС), а также водителей других ТС об его опасном состоянии и для вмешательства в управление ТС (вплоть до полной остановки ТС). Есть несколько способов определения усталости [3]: наблюдение за лицом водителя с помощью видеокамеры, оценка действий водителя по управлению ТС, контроль характера движения ТС. Другим направлением, которое развивают автопроизводители в целях предотвращения аварийных ситуаций на дорогах, является создание устройств для определения важных для здоровья показателей (частота дыхания, температура тела, артериальное давление). Такие устройства считаются очень перспективными, и следует ожидать появления серийно изготавливаемых систем подобного назначения. Особую важность такие системы имеют для водителей, передвигающихся на дальние расстояния. Для достижения максимальной эффективности при грузоперевозках по автомобильным дорогам и экономии времени в пути профессиональные водители часто пренебрегают элементарными нормами безопасности и отдыхом, что может повлечь аварийную ситуацию. Актуальность разработки подобных штатных систем серийного производства подчеркивает тот факт, что часто аварии, происходящие из-за опасного состояния водителя (засыпание за рулём, болезненное состояние с замедленной реакцией) ведут к опасным последствиям для здоровья.

Целью данной работы является создание системы контроля физического состояния водителя. Эта система считывает показатели биофизического состояния водителя, следит за его действиями (положение педалей акселератора и тормоза) и отправляет результаты измерений в блокприёмник, в котором и происходит дальнейшее принятие решений по заданному алгоритму. Данная разработка ведется в соответствии с техническим заданием, предоставленным НТЦ ОАО «Камаз». Назначения системы, разрабатываемой в настоящем проекте, состоит в: -непрерывном контроле физиологического состояния водителя; -индикации водителю объективной оценки его текущего состояния; -предупреждении водителя о приближении его состояния к аварийноопасному; -сохранении в памяти блока-приемника снятых показаний. Возможными пользователями разрабатываемой системы могут являться водители, управляющие ТС «Камаз».



1. Обзор существующих систем контроля состояния водителя

Для разработки системы сделан обзор существующих систем контроля состояния водителя, выделены их особенности и характеристики, выполнен анализ требований технического задания, исходя из которого будут выбраны нужные компоненты системы и методы решения поставленной задачи.

Выполним анализ требований технического задания (ТЗ) для того, чтобы определить класс устройств, потенциально являющихся аналогами разрабатываемой системе. Согласно ТЗ необходимо обеспечить удобство при индивидуальном использовании разрабатываемой системы. Для этого требуется подобрать такие датчики измеряемых величин, перечисленных в ТЗ, которые можно смонтировать в один браслет для размещения на запястье руки водителя. Система должна представлять собой съемный браслет с креплением на запястье водителя, блок-приемник для хранения данных и для передачи информации по проводному интерфейсу. Таким образом, аналогами для разрабатываемой системы являются автономные и встроенные в автомобиль системы контроля показателей жизнедеятельности человека, исполненные в виде браслета или манжеты индивидуального использования, не ограничивающей подвижности рук и не препятствующие вождению ТС.

Ниже представлены некоторые из существующих или патентованных систем контроля состояния водителя.

1) Система поддержания работоспособности водителя «Vigiton»[4]. Эта система непрерывно контролирует физическое состояние водителя ТС и предотвращает переход водителя от бодрствования к сну или состоянию, близкому к сонному. Данная система также предупреждает других водителей о потере сознания о потере водителем контроля над ТС аварийной световой сигнализацией. «Vigiton» состоит из свето-звукового индикатора состояния водителя, браслета и перстня со встроенными датчиками, блока взаимодействия с системами автомобиля.

Система поддержания работоспособности водителя «Vigiton» адаптирована к применению на автомобильном транспорте по заказу Министерства Транспорта Российской Федерации.

Однако данная разработка считывает только физические показатели водителя и не позволяет учесть сигналы от автомобиля, свидетельствующие о том, что управление им осуществляется. Разрабатываемая система же должна содержать датчики действий водителя (нажатие педалей), в ее составе не должно быть перстня, поскольку его наличие, безусловно, будет доставлять неудобство водителю ТС при его вождении.

2) Система «Stopsleep»[5] представляет собой устройство, надеваемое на 2 пальца, контролирует состояние водителя по изменению проводимости кожи и при опасной ситуации выдает сигналы в виде вибраций и громкого звука. Прибор реагирует на ослабление реакций человека, а не на сон. Устройство предупреждает, что в течение двух-трех минут водитель может заснуть, но не констатирует факт засыпания. Следует отметить, что возможно следующее применение устройства, близкое по функциональности к проектируемой системе: устройство нужно надеть за несколько минут до поездки, чтобы оно определило начальное состояние водителя, а затем сравнивало бы его с сонным или близким к сонному. На внутренней стороне устройства расположены датчики, измеряющие кожно-гальванические реакции (электрическое сопротивление кожи), исходя из этих данных делается вывод об активности водителя. В верхней части устройства находится капсула с процессором, обрабатывающим сигналы датчика, а также формирующим команды вибрационного, звукового и светового оповещения.

Недостатком устройства можно считать то, что в расчет берется только изменение проводимости кожи, по этому показателю сложно точно определить физическое состояние водителя. Разрабатываемая система будет использовать большее количество параметров, поэтому по ее показаниям можно лучше судить о состоянии водителя.

Сравним технические характеристики двух рассмотренных систем, представленные в таблице 1.1

Таблица 1.1 Технические характеристики систем «Vigiton» и «Stopsleep

3) Некоторые автопроизводители, например Mercedes-Benz, устанавливают на свои модели автомобилей систему Attention Assist[6], контролирующую состояние водителя на основе многих факторов, таких как: использование органов управления, манеры езды, характера и условий движения. При этом система не берёт в расчет физические показатели водителя. В своей работе Attention Assist использует сигналы датчиков и других систем автомобиля: курсовой устойчивости, тормозной системы, управления двигателем. При выявлении каких-либо отклонений в действиях водителя система выводит сигнальную надпись о необходимости прервать поездку, также производится звуковой сигнал. В отличие от системы Attention Assist, система Driver Alert Control (DAC) [7] от Volvo фиксирует только характер движения автомобиля. Направленная вперед видеокамера фиксирует положение автомобиля на автодороге. Отклонение от заданных параметров движения рассматривается системой как наступление усталости водителя. В зависимости от состояния водителя в системе реализовано два уровня предупреждения: "мягкий" и "жесткий". Уровни различаются громкостью и тональностью звукового сигнала. Недостатком данных систем можно считать их стоимость, которая достаточно велика. Однако, эти системы с большой точностью определяют усталость водителя и не требуют ношения браслета или перстня. Поскольку разработчиками являются производители автомобилей, данные системы в большой степени интегрированы в систему управления ТС, чего нельзя добиться, разрабатывая независимое устройство для контроля водителя (не привязанное к конкретной марке автомобиля).

4) В США зарегистрирован патент на систему Health Care Support System [8]. Данное устройство содержит несколько датчиков, измеряющих физические параметры водителя: температуру, электрокардиограмму, артериальное давление, пульс, уровень сахара в крови. Помимо датчиков система содержит: микроконтроллер, приемник глобальной системы позиционирования (GPS), блок звуковой сигнализации и радиопередатчик. По данным, полученных с датчиков физиологических параметров, микроконтроллер принимает решение о состоянии здоровья человека, а также о засыпании водителя ТС.

Если обнаружено плохое состояние здоровья или засыпание водителя, срабатывает звуковая сигнализация, предупреждающая о возможности возникновения аварийной ситуации и о недопустимости дальнейшего ведения ТС, а на встроенном дисплее выводится рекомендация для водителя об остановке и отдыхе. Кроме того, информация об ухудшении здоровья может отправляться по радиоканалу лечащему врачу и родственникам водителя либо третьим лицам (владельцу ТС) одновременно с информацией о местонахождении транспортного средства. Структура запатентованной системы представлена на рис. 1.1[8]



Рис 1.1 Структура системы Health Care Support System.

На рис. 1.1 приняты обозначения: 1-Микроконтроллер, 2- рулевое колесо, 3-датчик температуры, 4-электроды для измерения артериального давления, сердечного ритма, 5- датчик измерения пульса, 6- автокресло, 7- датчики давления, 8- ЖК-дисплей, 9- динамик.

К достоинствам системы можно отнести то, что датчики расположены прямо на руле и не мешают водителю вести ТС. Понятно, что данный патент может быть реализован только производителями самих транспортных средств.

Внесение конструктивных изменений в ТС недопустимо,поскольку может быть нарушена основная функциональность автомобиля и ухудшены его технические характеристики.

Недостатками системы являются сложность конструкции, содержащей большое число датчиков, что уменьшает надежность работы устройства.

Размещение датчика пульса на рулевом колесе не гарантирует непрерывности измерений пульса из-за постоянного перемещения рук по рулю, поэтому надёжнее будет расположить датчики в браслете, как в разрабатываемой системе



2. Разработка структурной схемы проектируемой системы

Разрабатываемая система в обязательном порядке должна содержать датчики температуры, датчики нажатия педалей акселератора и тормоза, датчик давления, по значениям которого можно судить о пульсе водителя. Измеренные значения температуры запястья и пульса водителя передаются по беспроводной связи в блок-приёмник, значения времени, прошедшего между повторными нажатиями на педали акселератора и тормоза передаются в блок-приёмник. На рис. 2.1 представлена структурная схема системы контроля физического состояния водителя.

Рис. 2.1 Структурная схема системы контроля физического состояния водителя.

С источника автономного питания подаётся напряжение на стабилизатор напряжения, чтобы обеспечить питание схемы. Сигнал с выхода датчика температуры поступает на микроконтроллер, сигнал с выхода датчика давления поступает на вход унифицирующего усилителя для согласования выхода датчика с АЦП, встроенным в микроконтроллер. АЦП необходим для преобразования давления в код (для подсчёта пульса водителя). Измеренные и обработанные значения температуры запястья водителя и пульса водителя поступают в блок-приёмник посредством беспроводной связи и записываются в энергонезависимую Flash-память. Также в блок-приёмник поступает информация о времени, прошедшим между повторными нажатиями на педали акселератора и о степени нажатия педалей. Далее вся информация с датчиков обрабатывается, делается вывод о физическом состоянии водителя, измеренные значения физиологических параметров выводятся на LCD-дисплей для демонстрации водителю. Излучатель звука необходим для оповещения водителя о несоответствии его показателей значениям, считающихся нормальными для водителя ТС.

Выбор элементов структурной схемы

2.1 Выбор автономного источника питания

Обычно в малопотребляющих изделиях с автономным питанием используют литий-ионные дисковые батареи. Однако, элементы измерительного браслета требуют достаточно большой силы тока, которую такие батареи не могут обеспечить. Обойти данную проблему можно, используя литиевые дисковые батареи вкупе с накопителем энергии, обеспечивающим в нужные моменты времени ток нужной силы. Для обеспечения стабильности по напряжению при этом следует использовать повышающий стабилизатор, как показано на рисунке 2.2

Рис. 2.2 Схема питания браслета с использованием дисковых батарей и повышающего стабилизатора.

Рассчитаем ёмкость конденсатора, необходимого для использования в схеме. Предполагаем, что напряжение на конденсаторе будет падать с 3,3 Вольт до 2,2 Вольт (минимальное напряжение на входе повышающего стабилизатора). Пусть Bluetooth трансивер работает в режиме передачи в течении времени Дt. Линейный разряд конденсатора определяется формулой:

где I= 12,5 мА - сила тока, забираемая Bluetooth трансивером, плюс сила собственного тока стабилизатора, ???? = 2 с. - время передачи информации Bluetooth ресиверу, ?? - ёмкость нужного для схемы конденсатора, ???? - падение напряжения на конденсаторе;

Пусть на конденсаторе за время передачи напряжение упало с 3,3 В до 2,2 В, как это было отмечено выше. Тогда нужная емкость конденсатора должна составлять:

Следовательно, понадобится конденсатор емкостью не менее 2,2 мФ. Такие конденсаторы очень большого размера, сопоставимым с размером обычной часовой батареи или даже больше. В связи с этим целесообразно отказаться от такого решения в пользу обычных батарей типоразмера ААА, поскольку выгоды в массогабаритных параметрах вышеприведенная схема не обеспечивает.

Батареи ААА обладают невысоким напряжением, но заметно большой емкостью и выдаваемой силой тока. Характеристики батарейки выбранной для разрабатываемой системы модели Varta LR03 [9] представлены ниже в таблице 2.1 температура давление микроконтроллер связь



Таблица 2.1 Технические характеристики элемента питания VARTA LR03

В разрабатываемом браслете будем использовать 3 батареи выбранной модели для достижения напряжения в 4,5 В. Данная модель батарей выгодно отличается от большинства других моделей большей ёмкостью и сравнительно невысокой стоимостью. Стоит отметить, что конструкция браслета должна обеспечивать простой доступ к батарейному отсеку для замены элементов питания в случае необходимости. Этого можно добиться, расположив крышку батарейного отсека на внешней стороне браслета. Недостатком выбранных батареек являются размеры и вес, заметно уступающие параметрам других типоразмеров.

2.2 Выбора датчика температуры

Данный элемент необходим для измерения температуры запястья водителя. Согласно техническому заданию абсолютная погрешность результатов измерений выдаваемых датчиком температуры должна составлять не более 0,5 градусов С. Для обоснованного выбора датчика температуры с цифровым выходом рассмотрим основные технические характеристики подходящих датчиков от основных производителей (Analog Devices, Dallas Semiconductors). Их характеристики представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2 Технические характеристики датчиков температуры

Предел абсолютной погрешности измерения температуры можно уменьшить до ±0,2 °С, если питать датчик температуры 3,0 вольтами.

Проанализировав представленные в таблице модели датчиков, можно сделать вывод, что модели ADT7320 и ADT7420 выгодно отличаются от DS18S20 более высокой точностью измерения и более низким потреблением тока, а различаются лишь типом шины для передачи информации микроконтроллеру. Для разрабатываемого устройства выбран датчик температуры ADT7320 с точностью ±0,25 °С. Согласно технической документации, точность можно увеличить до ±0,2 °С, если питать датчик температуры ровно 3,0 В.

2.3 Выбор датчика давления

Датчик давления необходим для измерения пульса водителя ТС методом, который описан ниже. Браслет должен быть плотно закреплен на руке, на запястье расположен датчик давления, воспринимающий импульсы при притоке крови по артерии водителя. Определяя моменты времени между максимумами сигнала на выходе датчика давления, можно определить время между двумя сокращениями сердца и вычислить среднее количество ударов в минуту. Для обоснованного выбора датчика давления рассмотрим его основные технические характеристики. Сравним датчики от основных производителей на предмет соответствия требованиям технического задания в таблице 2.3

Таблица 2.3 Технические характеристики датчиков давления

Исходя из приведенных в данной таблице данных можно сделать вывод, что лучше всего в разрабатываемой системе использовать датчик Motorola MPX12 округлой формы, главным преимуществом которого являются компактные размеры. Данный датчик измеряет давление в диапазоне от 0 до 1,45 psi (1,45 psi = 10 кПа), такого показателя достаточно для измерения пульсаций, происходящих при движении кровяного притока водителя по артерии.

На рисунке 2.3 представлен общий вид выбранного датчика, позволяющий судить об его компактных размерах и о возможности его использования в составе браслета (плоский чувствительный элемент позволяет плотно прижать его к коже руки без создания дискомфорта для водителя).



Рис 2.3 Датчик давления Motorola MPX12 и его размеры в миллиметрах.

2.4 Выбор микроконтроллеров

В разрабатываемой системе будут использоваться 2 микроконтроллера: один будет управлять функционированием браслета, а второй - работой блока-приемника данных. Первый микроконтроллер нужен для получения информации от датчика давления по шине SPI, получения и обработки информации от датчика давления по шине SPI, передачи информации в блок приёмник посредством беспроводной связи. Микроконтроллер должен иметь встроенный АЦП для оцифровки кривой давления, по которой будет измеряться пульс водителя.

В разрабатываемой системе будет использоваться микроконтроллер серии С8051F412[17] компании Silicon Laboratories, технические характеристики представлены ниже в таблице 2.4

Данный микроконтроллер имеет встроенный АЦП, разрядности которого хватит для обработки сигнала от датчика давления, имеются таймеры, необходимые для определения пульса и для подсчета времени интервалов между запусками датчиков. Также МК имеет необходимые интерфейсы для подключения к инструментальному усилителю и цифровому датчику температуры.



Таблица 2.4 Основные технические характеристики микроконтроллера модели С8051F412

Второй микроконтроллер должен быть размещен в блоке-приемнике и он служит для приёма, хранения информации от датчиков нажатия педалей и от микроконтроллера 1, а также для обмена информацией c бортовым компьютером ТС посредством передачи информации по шине CAN. В разрабатываемой системе используется микроконтроллер серии С8051F5607[18] компании Silicon Laboratories, технические характеристики представлены в таблице 2.5:

Таблица 2.5 Основные технические характеристики микроконтроллера модели С8051F560-7

2.5 Выбор модуля беспроводной связи

Данный элемент необходим для передачи данных от браслета к блокуприёмнику. В современных устройствах помимо проводных способов передачи информации используют технологии беспроводной передачи данных, самыми часто используемыми среди которых являются ZigBee, WiFi, Bluetooth, а также технология частотных диапазонов 434/868 МГц. Для обоснованного выбора интерфейса беспроводной передачи данных рассмотрим их основные технические характеристики (Таблица 2.6)[19]. Сравним перечисленные интерфейсы на предмет соответствия требованиям технического задания.

Таблица 2.6 Технические характеристики технологий беспроводной передачи данных.

Проанализировав представленные в таблице характеристики интер фейсов и стандартов беспроводной передачи данных,, можно сделать вывод, что самыми подходящими для нашей системы являются ZigBee и Bluetooth LE главным образом из-за низкого энергопотреблеия. У обеих систем относительно низкая скорость передачи данных, но даже 250 кбит в секунду достаточно для разрабатываемой системы.

Выбранная технология - Bluetooth LE. Сравним представленные на рынке модули передачи данных выбранной технологии в таблице 2.7



Таблица 2.7 Технические характеристики модулей беспроводной связи технологии Bluetooth LE

Главный критерий при выборе данного элемента является низкое энергопотребление, т.к. питание происходит от автономного источника. Выбранный беспроводной модуль передачи данных - nRF51, выгодно отличающийся от аналогов более низким энергопотреблением и компактными размерами. Стоит отметить, что фирма Silicon Labs занимается разработкой аналогичного модуля - «Blue Gecko»[24], требующего еще меньшей энергии при передаче информации - тока силой около 6 мА. К текущему моменту данный модуль еще не производится, его выпуск только анонсировано. Данную модель можно будет использовать в разрабатываемой системе в будущем с целью большей экономии потребляемой электроэнергии.

Модуль Bluetooth будет передавать информацию от микроконтроллера 1 ко второму модулю «Bluetooth JY_MCU Wireless Serial Port», который передаёт информацию в микроконтроллер 2 по интерфейсу UART.



3. Алгоритм работы микроконтроллеров

На рис. 3.1 представлена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера Silabs C8051F412, находящегося в браслете. При включении устройства подается напряжение на микроконтроллер. Настройка микроконтроллера, встроенного АЦП, портов ввода-вывода происходит с помощью следующих команд и регистров, представленных в таблице 3.1

Команды для настройки портов ввода-вывода:

Таблица 3.1 Значения регистров для первоначальной настройки микроконтроллера C8051F412

Вместе с микроконтроллером настраивается цифровой датчик температуры, установка битов в его регистры представлена в таблице 3.2



Таблица 3.2 Значения регистров для первоначальной настройки датчика температуры.

Выбор периферийного устройства, подключенных к микроконтроллеру по шине SPI, (датчика температуры (CS1), программируемого усилителя(CS0), модуля Bluetooth(CS2)), выполняется с помощью команд на микроконтроллере (режим ChipSelect) . Обращение к обоим датчикам будет происходить поочередно. Измерение температуры длится 2 секунды (отсчитываем таймером Timer2 ( 16-битный таймер с автообнулением)), этого достаточно, чтобы ADT7320 измерил температуру до 50?С. Датчик давления и усилитель проводят измерения в течение 10 секунд (отсчитываем тем же таймером Timer2, отсчеты времени осуществляются поочередно, поэтому используется один и тот же таймер ). После каждого измерения датчик температуры и усилитель переходят в режим пониженного энергопотребления. Для этого в регистр конфигурации датчика температуры записываем байт - [00000111], в 7 бит любого из 2 регистров усилителя устанавливаем 1. При первом измерении пульса с помощью датчика давления нужно настроить коэффициент усиления и напряжение смещения инструментального усилителя при помощи регистров Gain register и Input Vos.

Trim Register соответственно, представленных в таблицах 3.3



Таблица 3.3 Регистры коэффициента усиления и напряжения смещения инструментального усилителя.

Настройка коэффициента происходит следующим образом: усилитель ожидает сигнал от датчика давления, изначально на усилителе стоит коэффициент усиления, равный 1, если его будет недостаточно (имеется в виду, что сигнал будет недостаточно сильным для определения импульса от артерии), коэффициент будет увеличиваться до тех пор, пока сигнал не станет уловимым. АЦП принимает и обрабатывает сигналы, поступающие от датчика давления. Запуск преобразования АЦП осуществляется одним из четырех способов в зависимости от состояния битов AD0CM1 и ADC0CM0 в регистре ADC0CN:

1) записью 1 в бит AD0BUSY;

2) при переполнении таймера2;

3) при переполнении таймера3;

4) по внешнему сигналу, по переднему фронту на CNVSTR.

Бит AD0BUSY устанавливается в 1, а после завершения преобразования АЦП сбрасывается в 0. Задний фронт AD0BUSY инициирует прерывание и устанавливает флаг прерывания AD0INT. Преобразованные данные записываются в регистры ADC0H( старший байт) и ADC0L(младший байт) и могут быть выровнены по левому или правому краю в зависимости от состояния биты AD0LJST регистра ADC0CN.0. Если AD0LJST=1, то значения преобразования выравниваются по левому краю пары регистров и хранятся в ADC0H[7:0]:ADC0L[7:4]. Если AD0LJST=01, то значения преобразования выравниваются по правому краю пары регистров.

Оцифрованное значение пульса и значение температуры передаются по Bluetooth модулю в микроконтроллер Silabs C8051F560. Далее делаем паузу в 45 секунд ( снова используется таймер Timer2) . Получается, что датчики в браслете проводят измерения примерно раз в минуту с целью сбережения электроэнергии, к тому же нет необходимости измерять физиологические параметры чаще, т.к. измеряемые показатели вряд ли сильно изменятся в течение одной минуты. После выдержанной паузы цикл измерений повторяется.

Рис 3.1 Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера C8051F412 в браслете.

Данные, получаемые с помощью измерительного браслета, передаются по беспроводному интерфейсу на блок-приемник. В его составе также используется микроконтроллер модели C8051F560. Блок-схема алгоритма его функционирования представлена на рис. 3.2. Главными задачами микроконтроллера блока-приемника являются: постоянный подсчет времени между повторными нажатиями педалей акселератора и тормоза ТС и получение данных о степени усилия при нажатии на педали, прием информации от измерительного браслета и сравнение полученных данных измерений с показателями, признанные нормальными для водителя, ведущего автомобиль. Методика определения перехода ко сну водителя устанавливается специалистами ОАО «Камаз». Если система решит, что водитель находится в состоянии, близким к сонному или его физиологические параметры находятся не в диапазоне допустимых значений, система предупреждает водителя о возможном засыпании или о болезненном состоянии водителя звуковым оповещением от пьезоэлектрического излучателя звука. Последние измеренные значения физиологических параметров (пульс и температура водителя) выводятся на LCD - дисплей для демонстрации водителю. Также микроконтроллер блока-приемника записывает измеренные значения в карту памяти MicroSD. По сохраненной таким образом информации третьи лица (например, владелец ТС) может проверить, не управлял ли водитель транспортным средством в болезненном состоянии. Настраивается микроконтроллер с помощью следующих команд и регистров, представленных в таблице 3.4:



Таблица 3.4. Значения регистров для первоначальной настройки микроконтроллера C8051F560

Рис 3.2 Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера C8051F560

Еще одной функцией микроконтроллера блока-приемника является общение с бортовым компьютером ТС по интерфейсу CAN. Микроконтроллер постоянно пассивно ожидает запроса на передачу данных от бортового компьютера. Если запрос приходит, то происходит прерывание основного алгоритма работы микроконтроллера блока-приемника и вызывается обработчик прерываний от контроллера CAN - шины. Алгоритм работы обработчика прерывания представлен на рисунке 3.3.

Микроконтроллер определяет тип сообщения и при необходимости передает информацию о последних записанных в карту Micro SD измеренных данных

Рис 3.3 Блок-схема алгоритма работы обработчика прерываний в микроконтроллере C8051F560



Заключение

В результате проделанной работы была разработана система, измеряющая физиологические параметры водителя, такие как температура тела водителя на его запястье и частоту пульса водителя. Измерения осуществляются с помощью цифрового датчика температуры и датчика давления соответственно. Также система определяет моменты времени и степень нажатия педалей акселератора и тормоза с помощью потенциометрических датчиков. Разработанная система удовлетворяет требованиям технического задания с точки зрения пределов абсолютных погрешностей и имеет несколько выгодных отличий от аналогичных систем и устройств, например: количество и тип датчиков, а также время непрерывной работы браслета без смены питающего элемента.

Однако, недостатком системы является вес браслета. Согласно техническому заданию нет жестких ограничений относительно данного параметра браслета, вес определяется на этапе разработки и приблизительно равен 80-90 г. Данная разработка может применяться на тяжелых грузовых автомобилях «Камаз». Так же возможное применение находят и легковые автомобили.



Список использованных источников

1. Futatsuyama K.et al. Health care support system. Заявка на патент US 2008/0228046 A1, опубл. 18.09.2008 Дата обращения: 29.04.2015. Формат доступа: свободный

Размещено на Allbest.ru