基于AVR ATmega169的张力检测仪设计

　　应变的测量是许多传感器的基础,他的应用非常广泛。应变片本身的追随能力可以达到数百kHz,通过组合的测定装置可以对冲击现象进行测量。行驶中的车辆、飞行中的飞机等各部位的变动应力可以通过应变片和测定装置进行初步的测量。本文中研究的张力检测仪是一种应用应变片实现对汽车发动机正时皮带张紧度测量的仪表,结合ATMEL公司的ATmega169低电压、低功耗单片机及段式液晶可组合成电池供电的手持仪表。

　　1　硬件电路部分的原理

　　1.1　应变片的测量原理

　　将应变片贴在被测定物上,使其随着被测定物的应变一起伸缩,这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。很多金属在机械性地伸长或缩短时其电阻会随之变化。应变片就是应用这个原理,通过测量电阻的变化而对应变进行测定。一般应变片的敏感栅使用的是铜铬合金,其电阻变化率为常数,与应变成正比例关系。ΔR/R= K×ε。在这里R为应变片原电阻值;ΔR为伸长或压缩所引起的电阻变化;K为比例常数(应变片常数);ε为应变。要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的,一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量,我们使用带有惠斯登电桥回路的专用应变测量仪。使用应变片测量应变使用方法非常简单,是测量应变时最常用的工具。当拉伸金属线时电阻会发生变化,根据实验结果可知,很多金属在弹性范围内(包括拉伸与压缩)电阻变化率与应变成正比例关系。把这种金属线贴在物体的表面,就可以通过测量电阻的变化来测量应变。电阻线使用电阻率高的材料,直径在1/50~1/200 mm之间。

　　一般选用铜铬合金线(Adavance线)。测量电阻变化一般使用带有电桥回路和放大器的装置。四应变片法是在桥路的4边全部联入应变片,常用于应变片式的变换器中。

　　当4条边上的应变片的电阻分别引起如R1+ΔR1,R2+ΔR2,R3+ΔR3,R4+ΔR4的变化时输出电压:

　　1.2　ATmega169低功耗单片机的功能介绍及对段式LCD的驱动方法

　　ATmega169是一款高性能、低功耗的8位AVR微处理器,他采用先进的RISC结构,大多数指令执行时间为单个时钟周期,有32个8位通用工作寄存器。全静态工作于16 MHz时性能高达16 MIPS。有只需2个时钟周期的硬件乘法器等多项功能。其中本项目必须的几种硬件资源大多为ATmega169所集成。如:4×25段的LCD驱动器、16 kB的系统内可编程FLASH、512字节的E2PROM、经过校准的片内RC振荡器、5种休眠模式(空闲模式、ADC噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和Standby模式)、53个可编程的I/O口、工作电压: 1.8 ~5.5 V(ATmega169V)、上电复位(POR)、64引脚TQFP封装。