1、班級：電氣2班 學號：0608130221 姓名：孟祥通 成績：基于電容感應觸摸式傳感器的設計摘要：電容感應防疲勞安全駕駛系統采用先進的電容感應觸摸式傳感器，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。關鍵詞：電容感應觸摸式傳感器 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引言隨著社會經濟的發展，商用長途貨物運輸車越來越多，隨著人們生活水平提高，私家轎車數量與日俱增。注意力不

3、集中是許多司機經常遇到的一個問題，注意力分散的司機對駕駛環境的識別緩慢，產生相應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設計基于電容感應觸摸式傳感器設計，旨在使注意力分散駕駛的司機能隨時通過系統發覺自己的駕駛狀態，通過此系統刺激駕駛員集中注意力，降低道路傷害對國家社會經濟造成的損害。自主創新是當今社會的另一大主題。防疲勞安全駕駛系統采用先進的電容感應觸摸式傳感器，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設計系統概述2.1設計系統功能：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設計系統特點：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，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傳感器設計與選擇在這個系統中，電容式傳感器起到舉足輕重的作用，我們先來討論有關傳感器的信息。面向汽車應用的開關和按鈕所遭受的設計約束必須應對的不利條件是：1、寬溫度范圍2、寬濕度范圍3、駕乘人員連續不斷的污損。汽車內傳感器的工作環境十分惡劣，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狀態，并將這些狀態轉換成電信號供給單片機處理。電容感應防疲勞安全駕駛系統組成示意圖電容感應防疲勞安全駕駛系統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觸摸傳感器位置把柄，如若在規定的時間內駕駛者沒有觸摸電容感應傳感器，則系統警示燈閃爍，同時音樂系統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動作完成的時間間隔信息，粗略判斷

6、駕駛者的反應靈敏度，然后更據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會自動播送節奏明快的進行曲，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傳感器，則系統會自動給汽車中央CPU系統發送信號，并作出相應處理，比如中央CPU會再次判斷車體運動狀態，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。并將其轉換成與其成單值函數關系的電壓、電流或者頻率。電

7、容轉換電路有調頻電路、運算放大器式電路、二極管雙T型交流電橋、脈沖寬度調制電路等。經過大量資料證明，調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字儀器測量，并與計算機通訊，抗干擾能力強，可以發送接收，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，因此選擇調頻電容傳感器測量電路裝入此測量系統。調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，當輸入量導致電容發生變化時，振蕩器的震蕩頻率就發生變化，經過放大就可以用儀器指示記錄儀記錄下來。調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的核心部分都是一組與電場相互作用的導體。在皮膚下面，人體組織中充滿了傳導電解質。正是手指的這種導電特性，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體，其間隔著一層電介質。該系統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用總線。在本文所討論的系統中，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制器(PWM)的時鐘輸入電路，該PWM負責對一個時鐘頻率為24MHz的16位計數器進行門控。傳感器上面的手指使電容增大，從而導致計數值增加。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的光電半導體傳感器，它由帶孔的轉盤兩個光導體纖維，一個發光二極管，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的放大器為發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生數字輸出信號(開關脈沖)。發光二極管透過轉盤上的孔照到光電二極管上實現光的傳遞與接收。轉盤上間斷的孔可以開閉照射到光電三極管上的光源，進而觸發光電三極管和放大器

10、，使之像開關一樣地打開或關閉輸出信號。 4整體系統設計電容感應防疲勞安全駕駛系統由電容感應傳感器，微處理器和音樂系統等部分組成。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生的時間間隔和分析次信號發生的時間信息，智能判斷駕駛者的精神狀態和注意力集中情況，然后根據判斷結果命令音響系統播放不同類型的音樂。該系統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，先將電壓信號經信號調理電路變換為05V的標準信號，再經V/F變換轉換為脈沖量，經光耦隔離后通過C8051F005單片機的PCA陣列計數處理。VF轉換器的應用電路如圖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惠斯通電橋轉換為05V的標準信號，再經VF變換轉換為脈沖量，經光耦隔離，最后通過C8051F

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