基于A(yíng)VR單片機的服裝壓力檢測系統設計
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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(jìn)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(guò)該放大器，輸出電壓值為Vout，經(jīng)過(guò)標定后的壓力與電壓的對應關(guān)系，即可得到所測量的服裝壓力值。
本系統應用8個(gè)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 數據儲存模塊
系統設計一個(gè)數據存儲模塊。由于該系統儲存數據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的數據存儲器，采用I2C總線(xiàn)通信方式與主CPU進(jìn)行數據交換。
為便于測試后更好的閱讀數據，采用一定的儲存模式將數據保存在A(yíng)T24C256中，因此，在進(jìn)行軟件設計時(shí)，采用該數據傳輸協(xié)議：首先傳送檢測通道號，然后傳送測試時(shí)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://dyxdggzs.com/article/173202.htm
ATmegal6L單片機內部集成有I2C通信模塊，其外接端口與PC0和PC1端口復用，在使用該端口時(shí)，只需給兩根傳輸總線(xiàn)外連上拉電阻，每根一個(gè)。I2C通信芯片直接與該端口連接即可。
2．4 顯示模塊
本系統采用SMGl2864液晶，其體積小、重量輕、功耗小、顯示質(zhì)量高，可同時(shí)顯示4路采集數據，對于8路數據可采用循環(huán)顯示方法。顯示的數據為通道號和壓力數據。如果不需要顯示數據時(shí)，可采用功能鍵關(guān)掉顯示。
SMGl2864液晶與ATmegal6L的連接非常簡(jiǎn)單。數據端口直接與PD口連接，功能控制端接在PB端口上。
2．5 串口模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和功能模塊
串口模塊主要實(shí)現PC機與該檢測系統通信工作。PC機可通過(guò)該串口讀取AT24C256中的數據。該系統采用美信公司的MAX232串口通信轉換芯片。
本系統采用美國DALLAS公司推出的。DSl302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，其采用三線(xiàn)串行接口，芯片內部集成了可編程日歷時(shí)鐘和31個(gè)字節的靜態(tài)RAM。DSl302時(shí)鐘可自動(dòng)進(jìn)行閏年補償。DSl302芯片自身還具備對備份電池進(jìn)行涓流充電功能，可有效延長(cháng)備份電池的使用壽命。
對DSl302供電在系統正常工作情況下應用系統電源直接供電，而在系統不工作的情況下由專(zhuān)用的紐扣電池供電。
系統設置3個(gè)功能鍵完成系統的時(shí)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(shí)現在系統不需要檢測服裝舒適度壓力時(shí)，只顯示時(shí)間，這時(shí)可作為一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘使用，在需要進(jìn)行壓力測試實(shí)驗時(shí)，按下該功能鍵系統則進(jìn)入系統壓力檢測模式。
系統啟動(dòng)后，首先對整個(gè)系統進(jìn)行初始化，初始化后對功能鍵進(jìn)行檢測，如果該功能鍵按下，系統則啟動(dòng)A／D轉換，并同時(shí)把檢測的數據按一定的數據格式存儲在A(yíng)T24C256中，同時(shí)把檢測的數據循環(huán)顯示在SMG12864液晶屏上。在完成數據測試后，如果沒(méi)有進(jìn)行壓力數據檢測，則關(guān)閉A／D轉換模塊，并且關(guān)閉數據存儲端口，系統因此進(jìn)入休眠狀態(tài)。
3 壓力舒適度檢測算法實(shí)現
必須對采集到的壓力傳感器的數據進(jìn)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換為模擬電壓值，然后經(jīng)過(guò)A／D轉換為標準電壓值，在經(jīng)過(guò)MCU對該數據做運算后，把其轉換為服裝舒適度壓力值。
其具體算法如下：
ATmegal6L A／D轉換的實(shí)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／D轉換后對應的結果值；Vin為壓力傳感器輸出模擬電壓值；VREF為A／D轉換參考電壓值。為了提高精度，這里選用ATmegal6L內部A／D轉換參考電壓為2．56V。
取G為給壓力傳感器加載100g砝碼后，所得標準A／D轉換實(shí)際電壓值，則：
式中：F為服裝壓力，單位：g。
4 測試實(shí)驗
本系統設計完成后，通過(guò)測試人體在著(zhù)裝后肩部的一個(gè)點(diǎn)隨時(shí)間壓力的變化來(lái)檢測其穩定性和可靠性。測試曲線(xiàn)如圖4所示：初著(zhù)裝后壓力變化比較穩定(O～12min)；在臂膀運動(dòng)后服裝壓力也隨時(shí)間發(fā)生變化(12～18 min)；臂膀停止活動(dòng)壓力值又回到初值(18～23 min)。
5 結語(yǔ)
實(shí)驗結果表明該服裝壓力檢測系統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(jìn)行服裝測試的理想平臺，它解決了以往傳統服裝壓力測試中不能測量動(dòng)態(tài)服裝壓力的困難，且具有數據儲存功能。該設備體積小，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據基礎和依據，通過(guò)對壓力的客觀(guān)測量及研究，將有助于數字化服裝壓力舒適性研究的發(fā)展。
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