基于AVR單片機的服裝壓力檢測系統設計

O 引言
服裝是人們生活的一個重要組成部分，它的設計除了款式、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生的束縛壓。
傳統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，尤其動態測量相當困難；電阻測量方法是將電阻應變片傳感器插入衣服內，由于服裝壓力而使應變片變形導致電阻值的變化，從而將壓力變化轉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果。該方法測試精度高，結果穩定，但易受外部條件的影響，且對服裝壓力進行動態測量比較困難；石膏法主要是通過模型檢測實現，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，難以適應不同測試條件的需要，且測試數據的精度不高，沒有數據保存功能。
針對傳統測試方法的缺陷，本系統采用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，并把其設計成為可便攜的，能夠進行動、靜態測量，具有數據儲存功能的服裝壓力測試系統。

1 系統組成
本系統的功能模塊主要有：參數檢測模塊、數據顯示模塊、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據測試后，將其數據發送給核心CPU，然后主芯片對該數據做運算處理，并將數據按一定的規則儲存在存儲器中，同時將數據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據讀入：PC機中進行分析、存儲。控制模塊主要完成系統功能的設定。系統結構如圖1所示。

2 功能模塊設計
2．1 微處理器
本系統微處理器采用高性能、低功耗的AVR系列單片機中的ATmegal6L，其內部集成定時器、ADC、片內時鐘、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，快速單調指令系統和單級流水線技術，使得其處理速度高達1 MIPS／MHz的高速運行處理能力。其內部的可編程FLASH為16 KB，擦寫次數可達到10000次。AVR內部集成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。其強大的數據處理能力和高集成性的內核完全滿足該系統的設計要求。
2．2 服裝壓力檢測模塊
本系統利用美國Tekscan公司研制地新型Flexiforce傳感器來測量服裝壓力。與傳統服裝壓力測試系統中所采用的傳感器相比，Flexifo-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良的特性。根據待測的服裝壓力值，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，每層薄膜上鋪設銀質導體并涂上一層特殊的壓敏半導體材料，兩片薄膜壓合在一起就形成了傳感器。銀質導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。