基于AVR單片機(jī)的服裝壓力檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

O 引言
服裝是人們生活的一個(gè)重要組成部分，它的設(shè)計(jì)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(gè)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(cè)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(jì)或水壓機(jī)來測(cè)量服裝壓力的方法簡(jiǎn)單直接，但精度較低，尤其動(dòng)態(tài)測(cè)量相當(dāng)困難；電阻測(cè)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(hào)，通過測(cè)量該變化的電壓值得出服裝壓力測(cè)試結(jié)果。該方法測(cè)試精度高，結(jié)果穩(wěn)定，但易受外部條件的影響，且對(duì)服裝壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量比較困難；石膏法主要是通過模型檢測(cè)實(shí)現(xiàn)，這種方法可以測(cè)出接近穿衣時(shí)的自然壓力值，但不能進(jìn)行連續(xù)動(dòng)作時(shí)的服裝壓力測(cè)試，并且石膏模型難以制作。以上各種測(cè)試方法受時(shí)間和空間的限制，難以適應(yīng)不同測(cè)試條件的需要，且測(cè)試數(shù)據(jù)的精度不高，沒有數(shù)據(jù)保存功能。
針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試方法的缺陷，本系統(tǒng)采用AVR低功耗、高性能單片機(jī)作為核心CPU，選用美國(guó)Tekscan公司研制地新型Flexiforce傳感器來測(cè)量服裝壓力，并把其設(shè)計(jì)成為可便攜的，能夠進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)測(cè)量，具有數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能的服裝壓力測(cè)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(cè)模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、儲(chǔ)存模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、PC機(jī)通信模塊和控制模塊。服裝壓力檢測(cè)采用多點(diǎn)測(cè)試方法，即測(cè)試模塊上連接多個(gè)壓力傳感器。各個(gè)傳感器完成一次數(shù)據(jù)測(cè)試后，將其數(shù)據(jù)發(fā)送給核心CPU，然后主芯片對(duì)該數(shù)據(jù)做運(yùn)算處理，并將數(shù)據(jù)按一定的規(guī)則儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示在液晶屏上。完成檢測(cè)后，可通過串口將儲(chǔ)存器中的數(shù)據(jù)讀入：PC機(jī)中進(jìn)行分析、存儲(chǔ)。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(jì)
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(jī)中的ATmegal6L，其內(nèi)部集成定時(shí)器、ADC、片內(nèi)時(shí)鐘、USART、SPI、TWI，中斷源達(dá)到21個(gè)。ATmegal6L在1 MHz，3V，25℃時(shí)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(jī)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(jí)流水線技術(shù)，使得其處理速度高達(dá)1 MIPS／MHz的高速運(yùn)行處理能力。其內(nèi)部的可編程FLASH為16 KB，擦寫次數(shù)可達(dá)到10000次。AVR內(nèi)部集成8路10位逐次逼近型ADC。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來自端口A的8路單端輸
入電壓進(jìn)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(jí)控制功能。其強(qiáng)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(jì)要求。
2．2 服裝壓力檢測(cè)模塊
本系統(tǒng)利用美國(guó)Tekscan公司研制地新型Flexiforce傳感器來測(cè)量服裝壓力。與傳統(tǒng)服裝壓力測(cè)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(qiáng)，能夠測(cè)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(cè)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(diǎn)處延伸至傳感器的連接端。 Flexiforce A201的傳感器點(diǎn)在電路中起電阻作用。當(dāng)外力作用到傳感點(diǎn)上時(shí)，傳感器點(diǎn)的阻值隨外力成比例變化，傳感器未受力時(shí)，傳感點(diǎn)阻值最大，壓力越大，傳感點(diǎn)阻值越小。