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推荐学院
人工智能学院
项目名称
防疲劳安全方向盘
项目类别
硬件开发类
项目主持人
顾超
主持人
联系电话
组 员
邬楼一 林思齐 王锋 周浩坤
导师组长
王巍
指导教师
联系电话
1.项目研发背景
随着汽车越来越普及，而每年发生的交通事故日益增多，根据网上收集资料得到，疲劳驾驶占比很大（特别是长途运输的货车，客车）。为了驾驶员的安全，所以基于此背景下，我们团队设计了“防疲劳安全方向盘”。
我们在方向盘里放置压力传感器和定时器以及若干蜂鸣器。
此方向盘在汽车点火启动以后，便会启动。在驾驶员驾驶汽车时，如果方向盘长时间没有感受到压力时，蜂鸣器可以及时啸叫，以此来提醒驾驶员。并且在长时间驾驶过后，智能方向盘同样会提醒驾驶员注意休息，避免出现疲劳驾驶，避免事故的发生。
2.期望的效果
在汽车启动的时候，自动给系统供电。当驾驶员由于疲劳驾驶时使得手对于方向盘的压力减少，从而触发蜂鸣器啸叫。起到警示驾驶员的作用，使得驾驶员得以警惕。或者是由于驾驶员长时间的驾驶，没有得到休息，此时蜂鸣器也会啸叫，从而提醒驾驶员注意休息。本产品从驾驶员正在疲劳驾驶和防止驾驶员疲劳驾驶两个方面从发，希望从而避免疲劳驾驶的发生。
3.应用软件
Proteus 8 Professional
Keil uVision4
4.产品介绍
在此产品中主要分为三大部分，下面就这两个重要的部分一一介绍：
压力传感器
计时器
4.1压力传感器
使用的元器件
压力传感器(Pressure Transducer)是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。
压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成。按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器。这里在简单来说一下三者的区别，它们三者都是依据大气压而言的。表压就是表面压力，普通压力表测量的就是表压，绝压就是物体的表压加上大气压，而差压就是两个压力之前的相对差值。
压力大小的设置
一只手掌在方向盘上的面积S=42cm²
一只手掌质量0.5kg，压力F=0.5kg·9.8N/kg=4.9N
压强=F/S=4.9N/0.0042㎡=1166.67Pa=1.17kPa ≈ 1.1kPa
方向盘自有压强20kPa
若压箱小于21kPa，则报警。
压力传感器的效果
在这里我们主要用到的是压阻压力传感器。
电阻应变片是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。
压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应而构成。采用单晶硅片为弹性元件，在单晶硅膜片上利用集成电路的工艺，在单晶硅的特定方向扩散一组等值电阻，并将电阻接成桥路，单晶硅片置于传感器腔内。当压力发生变化时，单晶硅产生应变，使直接扩散在上面的应变电阻产生与被测压力成正比的变化，再由桥式电路获相应的电压输出信号。
压阻压力传感器主要基于压阻效应（Piezoresistive effect）。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于上述压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。
大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中，此现象变得更复杂，而且也导致等效质量改变及电洞转换。
压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。
为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
第一次集体讨论出解决方案以及对代码的修改
5月27日完成压力传感器以及计时器的电路图
