基于ATmega32的便携式车门压力测试仪的研制

摘要：车门压力测试仪为便携手持式结构，采用专用压力测试传感器和测试管理系统组成，专门用于检测地铁车辆客室车门关紧力、最小障碍物探测，及车门防夹保护功能检测。设备能够设置和记录开关门次数、时间、试验项目，系统可以自动有效的完成试验要求并自动记录试验结果生成报表。

车辆车门尤其是列车等高速运行车辆的车门是一个安全性能要求较高的产品，其各项性能指标必须保持在一个相对安全的取值范围内，以保证车辆的安全运行。这不仅要求制造厂家在产品制造过程中需要测试这些参数，同时在产品投入使用后的检修保养过程中也需要检测这些参数，做为产品的安全使用提供必要的参考信息;长期以来，由于我国对检测仪器的研制重视不够，通常的检测手段主要是靠检测人员借助多种手工工具辅助进行。

目前对于车门压力的检测方式多靠检测人员借助手工工具进行检测，这种检测方式的主要缺陷是：1)测试装置笨重，携带及操作不便;2)测试数据必须手动记录，信息的交流不便;3)测试适靠人工凭经验进行，测试精度没有保障;4)安全性差;5)测试的效率低。

本文研制的便携式车门压力检测仪，采用专用压力测试传感器和测试管理系统组成，专门用于检测地铁车辆客室车门关紧力、最小障碍物探测，及车门防夹保护功能检测。设备能够设置和记录开关门次数、时间、试验项目，系统可以自动有效的完成试验要求并自动记录试验结果生成报表。设备采用USB方式作业转存接口。

1 总体方案

本系统由ATmega32作为主控板的主控芯片。设计包括压力采集系统、控制接口与显示系统、电源系统、数据存储与数据导入模块、以及异常报警模块。其主系统框图如图1所示。

2 ATmega32简介

Atmega32单片机是一款基于AVR R ISC、低功耗COMS的8位单片机，由于在一个时钟周期内执行一条指令，Atmega32单片机可以达到接近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)先进的R ISC精简指令集结构，130条功能强大的指令，大部分在单时钟周期内执行，片内带有执行时间为两个时钟周期的硬件乘法器;

3)片内带32K字节的在线自编程FLASH(擦写次数1 000次)，1024个字节的EEPROM(擦写次数100 000次)，2K字节内部SRAM，并具有程序加密功能;

4)两个带预分频器和一种比较模式的8位定时/计数器，一个带预分频器和比较模式，捕获模式的16位定时/计数器，具有计数功能，且有独立振荡器的实时时钟(RTC);4路PWM通道;8通道的A/D转换器，其中包括：6路10位转换精度的通道，2路8位转换精度的通道;带片内晶振的可编程看门狗定时器;片内模拟比较器;

5)典型的微控制器特性：上电复位和可编程的欠电压检测;在内部可校准的RC振荡器;外部和内部的中断源共18个;

6)高速超低功耗。

在ATMEL公司的单片机家族中，ATmega32是一个非常特殊的单片机，它采用Harvard结构，芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，高速低功耗，低成本，非常适合用来设计便携式车门压力检测仪装置。

3 系统设计

3.1 传感器介绍

压力传感器采用量程500N的电阻应变式压力传感器，该传感器采用S型弹性元件结构，具有优良的自然性，精度高，抗偏载侧向能力强;

测量精度 1‰

输出电压 DC 0～4.5 V

工作电压 DC 5 V

线 长 200 mm

3.2 硬件电路设计

3.2.1 信号调理电路

采集系统主要是采集车门压力信息，把车门压力值经过信号处理放大后送入MCU数字化，以供作为判断压力是否属于安全压力范围和异常报警依据。信号调理电路如图2。

3.2.2 电源系统

电源系统主要是为各个系统供电，装置主要需要5 V、3.3 V等电源，均采用模块化的DC—DC开关电源，DC—DC开关电源具有极宽的输入范围。所有电源均设计有保护电路。这样的设计有助于提高系统的可靠性。

3.2.3 人机交互界面

采用3.5寸彩色液晶屏，该显示器采用TFT总线型，具有全硬件实现。不死机，稳定可靠。其液晶模块图如图3所示。

3.2.4 存储器

存储采用24C32(32K Bit存储容量)，在优化数据存储格式后可以保存数据1 000组，满足现场使用的需求。存储器采用IIC两线制接口，节省单片机资源。如图4所示。

3.3 软件设计

ATmega32在软件上能有效支持C语言及汇编语言。C语言目前已成为设计嵌入式系统的标准语言，它既有普通高级语言结构化编程、可读性好、维护方便的特点，又具有汇编等低级语言对硬件访问方便、代码效率高的特点。本设计是用C语言编程实现的，具有很好的可移植性，其程序流程图如图5所示。

车门压力测试仪最重要的数据来源就是车门压力。车门压力通过专用的车门压力传感器，将压力信号转化为弱电信号。单片机对弱电信号进行模数转换。数据的采样随着车门的压力波动很大，这时滤波程序设计的好坏就非常重要。下面介绍下程序里的滤波部分：

滤波的方法有很多种，几种嵌入式常用的滤波方法为：中位值滤波，算术平均滤波，滑动滤波等。

在试过了几种滤波算法的效果之后，我们采用了滑动滤波，程序代码如下：

程序思路为：先将采样数据放置到gu32First数组里，在根据菜单的配置选择gu32First的数组滤波的个数，每8个一组。选的组数越多滤波越大，动态响应越慢。所以可以根据使用情况对滤波进行调整。

4 结束语

基于ATmega32单片机的便携式车门压力测试仪具有响应速度快、功耗低、结构简单、性价比高等优点，并且减少了外围接口器件，提高了系统工作可靠性。

在实际应用中能实时测试各种常用车门的性能指标，具有使用简单、可靠、维修方便、容易、操作安全、灵活等多种优点，具有输出拉力直接显示，和数据保存功能。方便后期的数据分析，为各种机车车门的设计提供了重要的测试数据。