基于A(yíng)VR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(gè)重要組成部分，它的設計除了款式、花色、光澤等外觀(guān)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(zhù)裝后，服裝具有滿(mǎn)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(lái)測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(guò)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(jìn)行動(dòng)態(tài)測量比較困難；石膏法主要是通過(guò)模型檢測實(shí)現，這種方法可以測出接近穿衣時(shí)的自然壓力值，但不能進(jìn)行連續動(dòng)作時(shí)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(shí)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(méi)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(lái)測量服裝壓力，并把其設計成為可便攜的，能夠進(jìn)行動(dòng)、靜態(tài)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(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、PC機通信模塊和控制模塊。服裝壓力檢測采用多點(diǎn)測試方法，即測試模塊上連接多個(gè)壓力傳感器。各個(gè)傳感器完成一次數據測試后，將其數據發(fā)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(shí)將數據實(shí)時(shí)地顯示在液晶屏上。完成檢測后，可通過(guò)串口將儲存器中的數據讀入：PC機中進(jìn)行分析、存儲?？刂颇K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(shí)器、ADC、片內時(shí)鐘、USART、SPI、TWI，中斷源達到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(xiàn)技術(shù)，使得其處理速度高達1 MIPS／MHz的高速運行處理能力。其內部的可編程FLASH為16 KB，擦寫(xiě)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(gè)8通道的模擬多路復用器連接，能對來(lái)自端口A(yíng)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(mǎn)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(lái)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(xiàn)性、滯后性、漂移和溫度靈性方面具有更優(yōu)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(zhì)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(zhì)導體從傳感點(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。