基于AVR單片機的服裝壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計

O 引言
服裝是人們生活的一個重要組成部分，它的設(shè)計除了款式、花色、光澤等外觀因素之外，舒適性也是服裝功能性的一個重要組成部分。所謂服裝舒適性是指人體著裝后，服裝具有滿足人體要求并排除任何不舒適因素的性能。服裝壓可分為兩種：由服裝自身重量形成的垂直壓和由服裝緊裹身體產(chǎn)生的束縛壓。
傳統(tǒng)服裝壓力舒適度測試方法主要有：流體壓力法、電阻法、石膏法。其中，使用流體水銀壓力計或水壓機來測量服裝壓力的方法簡單直接，但精度較低，尤其動態(tài)測量相當(dāng)困難；電阻測量方法是將電阻應(yīng)變片傳感器插入衣服內(nèi)，由于服裝壓力而使應(yīng)變片變形導(dǎo)致電阻值的變化，從而將壓力變化轉(zhuǎn)換為變化的電壓信號，通過測量該變化的電壓值得出服裝壓力測試結(jié)果。該方法測試精度高，結(jié)果穩(wěn)定，但易受外部條件的影響，且對服裝壓力進行動態(tài)測量比較困難；石膏法主要是通過模型檢測實現(xiàn)，這種方法可以測出接近穿衣時的自然壓力值，但不能進行連續(xù)動作時的服裝壓力測試，并且石膏模型難以制作。以上各種測試方法受時間和空間的限制，難以適應(yīng)不同測試條件的需要，且測試數(shù)據(jù)的精度不高，沒有數(shù)據(jù)保存功能。
針對傳統(tǒng)測試方法的缺陷，本系統(tǒng)采用AVR低功耗、高性能單片機作為核心CPU，選用美國Tekscan公司研制地新型Flexiforce傳感器來測量服裝壓力，并把其設(shè)計成為可便攜的，能夠進行動、靜態(tài)測量，具有數(shù)據(jù)儲存功能的服裝壓力測試系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)的功能模塊主要有：參數(shù)檢測模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、儲存模塊、實時時鐘模塊、PC機通信模塊和控制模塊。服裝壓力檢測采用多點測試方法，即測試模塊上連接多個壓力傳感器。各個傳感器完成一次數(shù)據(jù)測試后，將其數(shù)據(jù)發(fā)送給核心CPU，然后主芯片對該數(shù)據(jù)做運算處理，并將數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則儲存在存儲器中，同時將數(shù)據(jù)實時地顯示在液晶屏上。完成檢測后，可通過串口將儲存器中的數(shù)據(jù)讀入：PC機中進行分析、存儲。控制模塊主要完成系統(tǒng)功能的設(shè)定。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 功能模塊設(shè)計
2．1 微處理器
本系統(tǒng)微處理器采用高性能、低功耗的AVR系列單片機中的ATmegal6L，其內(nèi)部集成定時器、ADC、片內(nèi)時鐘、USART、SPI、TWI，中斷源達到21個。ATmegal6L在1 MHz，3V，25℃時的功耗，正常模式為1．1 mA，空閑模式為0．35 mA，掉電模式小于μA。AVR單片機采用大型快速存取寄存器組，快速單調(diào)指令系統(tǒng)和單級流水線技術(shù)，使得其處理速度高達1 MIPS／MHz的高速運行處理能力。其內(nèi)部的可編程FLASH為16 KB，擦寫次數(shù)可達到10000次。AVR內(nèi)部集成8路10位逐次逼近型ADC。ADC與一個8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口A的8路單端輸
入電壓進行采樣。器件還支持16路差分電壓輸入組合，有可編程增益級控制功能。其強大的數(shù)據(jù)處理能力和高集成性的內(nèi)核完全滿足該系統(tǒng)的設(shè)計要求。
2．2 服裝壓力檢測模塊
本系統(tǒng)利用美國Tekscan公司研制地新型Flexiforce傳感器來測量服裝壓力。與傳統(tǒng)服裝壓力測試系統(tǒng)中所采用的傳感器相比，F(xiàn)lexifo-rce傳感器薄如紙張、柔韌性強，能夠測量幾乎所有接觸面之間的壓力。在線性、滯后性、漂移和溫度靈性方面具有更優(yōu)良的特性。根據(jù)待測的服裝壓力值，選用壓力范圍為O～1 lb(4．4 N)的Flexiforce A201型壓力傳感器。FlexiforceA201型壓力傳感器由兩層薄膜組成，每層薄膜上鋪設(shè)銀質(zhì)導(dǎo)體并涂上一層特殊的壓敏半導(dǎo)體材料，兩片薄膜壓合在一起就形成了傳感器。銀質(zhì)導(dǎo)體從傳感點處延伸至傳感器的連接端。 Flexiforce A201的傳感器點在電路中起電阻作用。當(dāng)外力作用到傳感點上時，傳感器點的阻值隨外力成比例變化，傳感器未受力時，傳感點阻值最大，壓力越大，傳感點阻值越小。