基于A(yíng)Tmega32的便攜式車(chē)門(mén)壓力測試儀設計

摘要：車(chē)門(mén)壓力測試儀為便攜手持式結構，采用專(zhuān)用壓力測試傳感器和測試管理系統組成，專(zhuān)門(mén)用于檢測地鐵車(chē)輛客室車(chē)門(mén)關(guān)緊力、最小障礙物探測，及車(chē)門(mén)防夾保護功能檢測。設備能夠設置和記錄開(kāi)關(guān)門(mén)次數、時(shí)間、試驗項目，系統可以自動(dòng)有效的完成試驗要求并自動(dòng)記錄試驗結果生成報表。

車(chē)輛車(chē)門(mén)尤其是列車(chē)等高速運行車(chē)輛的車(chē)門(mén)是一個(gè)安全性能要求較高的產(chǎn)品，其各項性能指標必須保持在一個(gè)相對安全的取值范圍內，以保證車(chē)輛的安全運行。這不僅要求制造廠(chǎng)家在產(chǎn)品制造過(guò)程中需要測試這些參數，同時(shí)在產(chǎn)品投入使用后的檢修保養過(guò)程中也需要檢測這些參數，做為產(chǎn)品的安全使用提供必要的參考信息;長(cháng)期以來(lái)，由于我國對檢測儀器的研制重視不夠，通常的檢測手段主要是靠檢測人員借助多種手工工具輔助進(jìn)行。

目前對于車(chē)門(mén)壓力的檢測方式多靠檢測人員借助手工工具進(jìn)行檢測，這種檢測方式的主要缺陷是：1)測試裝置笨重，攜帶及操作不便;2)測試數據必須手動(dòng)記錄，信息的交流不便;3)測試適靠人工憑經(jīng)驗進(jìn)行，測試精度沒(méi)有保障;4)安全性差;5)測試的效率低。

本文研制的便攜式車(chē)門(mén)壓力檢測儀，采用專(zhuān)用壓力測試傳感器和測試管理系統組成，專(zhuān)門(mén)用于檢測地鐵車(chē)輛客室車(chē)門(mén)關(guān)緊力、最小障礙物探測，及車(chē)門(mén)防夾保護功能檢測。設備能夠設置和記錄開(kāi)關(guān)門(mén)次數、時(shí)間、試驗項目，系統可以自動(dòng)有效的完成試驗要求并自動(dòng)記錄試驗結果生成報表。設備采用USB方式作業(yè)轉存接口。

1 總體方案

本系統由ATmega32作為主控板的主控芯片。設計包括壓力采集系統、控制接口與顯示系統、電源系統、數據存儲與數據導入模塊、以及異常報警模塊。其主系統框圖如圖1所示。

2 ATmega32簡(jiǎn)介

Atmega32單片機是一款基于AVR R ISC、低功耗COMS的8位單片機，由于在一個(gè)時(shí)鐘周期內執行一條指令，Atmega32單片機可以達到接近16M IPS/MHz的性能，它的主要性能如下：

1)高性能，低功耗的8位AVR微控制器;

2)先進(jìn)的R ISC精簡(jiǎn)指令集結構，130條功能強大的指令，大部分在單時(shí)鐘周期內執行，片內帶有執行時(shí)間為兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器;

3)片內帶32K字節的在線(xiàn)自編程FLASH(擦寫(xiě)次數1 000次)，1024個(gè)字節的EEPROM(擦寫(xiě)次數100 000次)，2K字節內部SRAM，并具有程序加密功能;

4)兩個(gè)帶預分頻器和一種比較模式的8位定時(shí)/計數器，一個(gè)帶預分頻器和比較模式，捕獲模式的16位定時(shí)/計數器，具有計數功能，且有獨立振蕩器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC);4路PWM通道;8通道的A/D轉換器，其中包括：6路10位轉換精度的通道，2路8位轉換精度的通道;帶片內晶振的可編程看門(mén)狗定時(shí)器;片內模擬比較器;

5)典型的微控制器特性：上電復位和可編程的欠電壓檢測;在內部可校準的RC振蕩器;外部和內部的中斷源共18個(gè);

6)高速超低功耗。

在A(yíng)TMEL公司的單片機家族中，ATmega32是一個(gè)非常特殊的單片機，它采用Harvard結構，芯片內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，高速低功耗，低成本，非常適合用來(lái)設計便攜式車(chē)門(mén)壓力檢測儀裝置。

3 系統設計

3.1 傳感器介紹

壓力傳感器采用量程500N的電阻應變式壓力傳感器，該傳感器采用S型彈性元件結構，具有優(yōu)良的自然性，精度高，抗偏載側向能力強;

測量精度 1‰

輸出電壓 DC 0～4.5 V

工作電壓 DC 5 V

線(xiàn) 長(cháng) 200 mm

3.2 硬件電路設計

3.2.1 信號調理電路

采集系統主要是采集車(chē)門(mén)壓力信息，把車(chē)門(mén)壓力值經(jīng)過(guò)信號處理放大后送入MCU數字化，以供作為判斷壓力是否屬于安全壓力范圍和異常報警依據。信號調理電路如圖2。

3.2.2 電源系統

電源系統主要是為各個(gè)系統供電，裝置主要需要5 V、3.3 V等電源，均采用模塊化的DC—DC開(kāi)關(guān)電源，DC—DC開(kāi)關(guān)電源具有極寬的輸入范圍。所有電源均設計有保護電路。這樣的設計有助于提高系統的可靠性。

3.2.3 人機交互界面

采用3.5寸彩色液晶屏，該顯示器采用TFT總線(xiàn)型，具有全硬件實(shí)現。不死機，穩定可靠。其液晶模塊圖如圖3所示。

3.2.4 存儲器

存儲采用24C32(32K Bit存儲容量)，在優(yōu)化數據存儲格式后可以保存數據1 000組，滿(mǎn)足現場(chǎng)使用的需求。存儲器采用IIC兩線(xiàn)制接口，節省單片機資源。如圖4所示。

3.3 軟件設計

ATmega32在軟件上能有效支持C語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言。C語(yǔ)言目前已成為設計嵌入式系統的標準語(yǔ)言，它既有普通高級語(yǔ)言結構化編程、可讀性好、維護方便的特點(diǎn)，又具有匯編等低級語(yǔ)言對硬件訪(fǎng)問(wèn)方便、代碼效率高的特點(diǎn)。本設計是用C語(yǔ)言編程實(shí)現的，具有很好的可移植性，其程序流程圖如圖5所示。

車(chē)門(mén)壓力測試儀最重要的數據來(lái)源就是車(chē)門(mén)壓力。車(chē)門(mén)壓力通過(guò)專(zhuān)用的車(chē)門(mén)壓力傳感器，將壓力信號轉化為弱電信號。單片機對弱電信號進(jìn)行模數轉換。數據的采樣隨著(zhù)車(chē)門(mén)的壓力波動(dòng)很大，這時(shí)濾波程序設計的好壞就非常重要。下面介紹下程序里的濾波部分：

濾波的方法有很多種，幾種嵌入式常用的濾波方法為：中位值濾波，算術(shù)平均濾波，滑動(dòng)濾波等。

在試過(guò)了幾種濾波算法的效果之后，我們采用了滑動(dòng)濾波，程序代碼如下：