摘要：車門壓力測試儀為便攜手持式結(jié)構(gòu)，采用專用壓力測試傳感器和測試管理系統(tǒng)組成，專門用于檢測地鐵車輛客室車門關(guān)緊力、最小障礙物探測，及車門防夾保護(hù)功能檢測。設(shè)備能夠設(shè)置和記錄開關(guān)門次數(shù)、時間、試驗項目，系統(tǒng)可以自動有效的完成試驗要求并自動記錄試驗結(jié)果生成報表。

車輛車門尤其是列車等高速運(yùn)行車輛的車門是一個安全性能要求較高的產(chǎn)品，其各項性能指標(biāo)必須保持在一個相對安全的取值范圍內(nèi)，以保證車輛的安全運(yùn)行。這不僅要求制造廠家在產(chǎn)品制造過程中需要測試這些參數(shù)，同時在產(chǎn)品投入使用后的檢修保養(yǎng)過程中也需要檢測這些參數(shù)，做為產(chǎn)品的安全使用提供必要的參考信息;長期以來，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。

目前對于車門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(shù)據(jù)必須手動記錄，信息的交流不便;3)測試適靠人工憑經(jīng)驗進(jìn)行，測試精度沒有保障;4)安全性差;5)測試的效率低。

本文研制的便攜式車門壓力檢測儀，采用專用壓力測試傳感器和測試管理系統(tǒng)組成，專門用于檢測地鐵車輛客室車門關(guān)緊力、最小障礙物探測，及車門防夾保護(hù)功能檢測。設(shè)備能夠設(shè)置和記錄開關(guān)門次數(shù)、時間、試驗項目，系統(tǒng)可以自動有效的完成試驗要求并自動記錄試驗結(jié)果生成報表。設(shè)備采用USB方式作業(yè)轉(zhuǎn)存接口。

1 總體方案

本系統(tǒng)由ATmega32作為主控板的主控芯片。設(shè)計包括壓力采集系統(tǒng)、控制接口與顯示系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、以及異常報警模塊。其主系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 ATmega32簡介

Atmega32單片機(jī)是一款基于AVR R ISC、低功耗COMS的8位單片機(jī)，由于在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，Atmega32單片機(jī)可以達(dá)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精簡指令集結(jié)構(gòu)，130條功能強(qiáng)大的指令，大部分在單時鐘周期內(nèi)執(zhí)行，片內(nèi)帶有執(zhí)行時間為兩個時鐘周期的硬件乘法器;

3)片內(nèi)帶32K字節(jié)的在線自編程FLASH(擦寫次數(shù)1 000次)，1024個字節(jié)的EEPROM(擦寫次數(shù)100 000次)，2K字節(jié)內(nèi)部SRAM，并具有程序加密功能;

4)兩個帶預(yù)分頻器和一種比較模式的8位定時/計數(shù)器，一個帶預(yù)分頻器和比較模式，捕獲模式的16位定時/計數(shù)器，具有計數(shù)功能，且有獨立振蕩器的實時時鐘(RTC);4路PWM通道;8通道的A/D轉(zhuǎn)換器，其中包括：6路10位轉(zhuǎn)換精度的通道，2路8位轉(zhuǎn)換精度的通道;帶片內(nèi)晶振的可編程看門狗定時器;片內(nèi)模擬比較器;

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

6)高速超低功耗。

在ATMEL公司的單片機(jī)家族中，ATmega32是一個非常特殊的單片機(jī)，它采用Harvard結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路，高速低功耗，低成本，非常適合用來設(shè)計便攜式車門壓力檢測儀裝置。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 傳感器介紹

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

測量精度 1‰

輸出電壓 DC 0～4.5 V

工作電壓 DC 5 V

線 長 200 mm

3.2 硬件電路設(shè)計

3.2.1 信號調(diào)理電路

采集系統(tǒng)主要是采集車門壓力信息，把車門壓力值經(jīng)過信號處理放大后送入MCU數(shù)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(jù)。信號調(diào)理電路如圖2。

3.2.2 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)主要是為各個系統(tǒng)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開關(guān)電源，DC—DC開關(guān)電源具有極寬的輸入范圍。所有電源均設(shè)計有保護(hù)電路。這樣的設(shè)計有助于提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2.3 人機(jī)交互界面

采用3.5寸彩色液晶屏，該顯示器采用TFT總線型，具有全硬件實現(xiàn)。不死機(jī)，穩(wěn)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(shù)據(jù)存儲格式后可以保存數(shù)據(jù)1 000組，滿足現(xiàn)場使用的需求。存儲器采用IIC兩線制接口，節(jié)省單片機(jī)資源。如圖4所示。

3.3 軟件設(shè)計

ATmega32在軟件上能有效支持C語言及匯編語言。C語言目前已成為設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言，它既有普通高級語言結(jié)構(gòu)化編程、可讀性好、維護(hù)方便的特點，又具有匯編等低級語言對硬件訪問方便、代碼效率高的特點。本設(shè)計是用C語言編程實現(xiàn)的，具有很好的可移植性，其程序流程圖如圖5所示。

車門壓力測試儀最重要的數(shù)據(jù)來源就是車門壓力。車門壓力通過專用的車門壓力傳感器，將壓力信號轉(zhuǎn)化為弱電信號。單片機(jī)對弱電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)的采樣隨著車門的壓力波動很大，這時濾波程序設(shè)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，滑動濾波等。

在試過了幾種濾波算法的效果之后，我們采用了滑動濾波，程序代碼如下：

程序思路為：先將采樣數(shù)據(jù)放置到gu32First數(shù)組里，在根據(jù)菜單的配置選擇gu32First的數(shù)組濾波的個數(shù)，每8個一組。選的組數(shù)越多濾波越大，動態(tài)響應(yīng)越慢。所以可以根據(jù)使用情況對濾波進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)束語

基于ATmega32單片機(jī)的便攜式車門壓力測試儀具有響應(yīng)速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、性價比高等優(yōu)點，并且減少了外圍接口器件，提高了系統(tǒng)工作可靠性。

在實際應(yīng)用中能實時測試各種常用車門的性能指標(biāo)，具有使用簡單、可靠、維修方便、容易、操作安全、靈活等多種優(yōu)點，具有輸出拉力直接顯示，和數(shù)據(jù)保存功能。方便后期的數(shù)據(jù)分析，為各種機(jī)車車門的設(shè)計提供了重要的測試數(shù)據(jù)。