基于AVR單片機的服裝壓力檢測系統(tǒng)設(shè)計
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壓力傳感器的輸出信號為毫伏級，需要對檢測的信號進行放大后方能輸入到CPU端口。Flexiforce傳感器的放大器電路如圖2所示，RF=R1 +RF1，Vout=-V0(RF+RS1)。其中，RF1為可變電阻，其阻值變化對應(yīng)了加在傳感器上的外力變化。該電路采用MC34071型放大器，傳感器通過該放大器，輸出電壓值為Vout，經(jīng)過標定后的壓力與電壓的對應(yīng)關(guān)系，即可得到所測量的服裝壓力值。
本系統(tǒng)應(yīng)用8個Flexiforce A201型壓力傳感器，采用并行連接方式與ATmega16L的PA端口直接連接。
2．3 數(shù)據(jù)儲存模塊
系統(tǒng)設(shè)計一個數(shù)據(jù)存儲模塊。由于該系統(tǒng)儲存數(shù)據(jù)所占的空間容量并不是很大，因此存儲器選用Atmel公司生產(chǎn)的AT24C256芯片，其為256 KB的數(shù)據(jù)存儲器，采用I2C總線通信方式與主CPU進行數(shù)據(jù)交換。
為便于測試后更好的閱讀數(shù)據(jù)，采用一定的儲存模式將數(shù)據(jù)保存在AT24C256中，因此，在進行軟件設(shè)計時，采用該數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議：首先傳送檢測通道號，然后傳送測試時間，最后傳送壓力值。具體傳輸格式如圖3所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173202.htm
ATmegal6L單片機內(nèi)部集成有I2C通信模塊，其外接端口與PC0和PC1端口復(fù)用，在使用該端口時，只需給兩根傳輸總線外連上拉電阻，每根一個。I2C通信芯片直接與該端口連接即可。
2．4 顯示模塊
本系統(tǒng)采用SMGl2864液晶，其體積小、重量輕、功耗小、顯示質(zhì)量高，可同時顯示4路采集數(shù)據(jù)，對于8路數(shù)據(jù)可采用循環(huán)顯示方法。顯示的數(shù)據(jù)為通道號和壓力數(shù)據(jù)。如果不需要顯示數(shù)據(jù)時，可采用功能鍵關(guān)掉顯示。
SMGl2864液晶與ATmegal6L的連接非常簡單。數(shù)據(jù)端口直接與PD口連接，功能控制端接在PB端口上。
2．5 串口模塊、實時時鐘模塊和功能模塊
串口模塊主要實現(xiàn)PC機與該檢測系統(tǒng)通信工作。PC機可通過該串口讀取AT24C256中的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用美信公司的MAX232串口通信轉(zhuǎn)換芯片。
本系統(tǒng)采用美國DALLAS公司推出的。DSl302實時時鐘芯片，其采用三線串行接口，芯片內(nèi)部集成了可編程日歷時鐘和31個字節(jié)的靜態(tài)RAM。DSl302時鐘可自動進行閏年補償。DSl302芯片自身還具備對備份電池進行涓流充電功能，可有效延長備份電池的使用壽命。
對DSl302供電在系統(tǒng)正常工作情況下應(yīng)用系統(tǒng)電源直接供電，而在系統(tǒng)不工作的情況下由專用的紐扣電池供電。
系統(tǒng)設(shè)置3個功能鍵完成系統(tǒng)的時間配置和輔助功能選擇。這些輔助功能主要有：其中一功能鍵實現(xiàn)在系統(tǒng)不需要檢測服裝舒適度壓力時，只顯示時間，這時可作為一個實時時鐘使用，在需要進行壓力測試實驗時，按下該功能鍵系統(tǒng)則進入系統(tǒng)壓力檢測模式。
系統(tǒng)啟動后，首先對整個系統(tǒng)進行初始化，初始化后對功能鍵進行檢測，如果該功能鍵按下，系統(tǒng)則啟動A／D轉(zhuǎn)換，并同時把檢測的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)格式存儲在AT24C256中，同時把檢測的數(shù)據(jù)循環(huán)顯示在SMG12864液晶屏上。在完成數(shù)據(jù)測試后，如果沒有進行壓力數(shù)據(jù)檢測，則關(guān)閉A／D轉(zhuǎn)換模塊，并且關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲端口，系統(tǒng)因此進入休眠狀態(tài)。
3 壓力舒適度檢測算法實現(xiàn)
必須對采集到的壓力傳感器的數(shù)據(jù)進行處理后才能得到具體的可讀性的服裝舒適度壓力值。首先，服裝壓力傳感器把采集的壓力值轉(zhuǎn)換為模擬電壓值，然后經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換為標準電壓值，在經(jīng)過MCU對該數(shù)據(jù)做運算后，把其轉(zhuǎn)換為服裝舒適度壓力值。
其具體算法如下：
ATmegal6L A／D轉(zhuǎn)換的實際電壓值計算公式：
式中：ADC為壓力傳感器輸出模擬電壓值A(chǔ)／D轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的結(jié)果值；Vin為壓力傳感器輸出模擬電壓值；VREF為A／D轉(zhuǎn)換參考電壓值。為了提高精度，這里選用ATmegal6L內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換參考電壓為2．56V。
取G為給壓力傳感器加載100g砝碼后，所得標準A／D轉(zhuǎn)換實際電壓值，則：
式中：F為服裝壓力，單位：g。
4 測試實驗
本系統(tǒng)設(shè)計完成后，通過測試人體在著裝后肩部的一個點隨時間壓力的變化來檢測其穩(wěn)定性和可靠性。測試曲線如圖4所示：初著裝后壓力變化比較穩(wěn)定(O～12min)；在臂膀運動后服裝壓力也隨時間發(fā)生變化(12～18 min)；臂膀停止活動壓力值又回到初值(18～23 min)。
5 結(jié)語
實驗結(jié)果表明該服裝壓力檢測系統(tǒng)能正確測試服裝舒適度壓力值，其使用方便、功能強大、性能優(yōu)良，是進行服裝測試的理想平臺，它解決了以往傳統(tǒng)服裝壓力測試中不能測量動態(tài)服裝壓力的困難，且具有數(shù)據(jù)儲存功能。該設(shè)備體積小，可隨身攜帶；功耗低，采用電池供電。其可為今后提高服裝壓力舒適性提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和依據(jù)，通過對壓力的客觀測量及研究，將有助于數(shù)字化服裝壓力舒適性研究的發(fā)展。
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