基于AVR單片機(jī)的電動(dòng)代步車控制器

摘要：提出一種高性能低成本的電動(dòng)代步車控制器設(shè)計(jì)方案。該控制器以Atmel公司的AVR單片機(jī)為控制核心，H橋電路作為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，使用者通過(guò)搖桿操控電動(dòng)代步車的速度和轉(zhuǎn)向。控制器的軟件部分由系統(tǒng)自檢、搖桿位置檢測(cè)和電機(jī)運(yùn)動(dòng)3大部分組成，并靈活使用系統(tǒng)時(shí)標(biāo)，事件觸發(fā)機(jī)制和有限狀態(tài)機(jī)等編程新方法，以確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。實(shí)踐表明，該電動(dòng)代步車控制器能夠?qū)崿F(xiàn)多種故障診斷功能，電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，搖桿操作靈活，系統(tǒng)整體性能良好，能夠滿足實(shí)際使用要求。
關(guān)鍵詞：代步車；微處理器；直流電機(jī)；搖桿

本世紀(jì)將是一個(gè)人口老齡化程度越來(lái)越高的世紀(jì)，老年人和殘疾人的護(hù)理將是社會(huì)的一個(gè)沉重負(fù)擔(dān)。據(jù)老齡委統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2004年底，中國(guó)60歲及以上老年人口為1．43億，2014年將達(dá)到2億，2026年將達(dá)到3億，老齡人口的規(guī)模將越來(lái)越大。同時(shí)在我國(guó)人口中有8 296萬(wàn)殘疾人，占全國(guó)總?cè)丝诘谋壤秊?．34％，其中肢體殘疾人數(shù)2 412萬(wàn)，占29．07％。老年人和殘疾人這個(gè)龐大的弱勢(shì)群體需要一種適合他們心理和生理的代步車來(lái)滿足日常生活及參與社會(huì)活動(dòng)的需要。
隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人民的生活水平的不斷提高，手動(dòng)輪椅逐漸被性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)單、行駛安全的電動(dòng)代步車所替代。電動(dòng)代步車的出現(xiàn)除了能滿足老年人或殘疾人室內(nèi)外活動(dòng)的要求之外，還在醫(yī)療康復(fù)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。例如，腿部骨折的患者可以在康復(fù)過(guò)程中使用電動(dòng)代步車，那么即使腿腳不便也可以在一定的范圍內(nèi)自由活動(dòng)。電動(dòng)代步車作為醫(yī)療康復(fù)工具時(shí)也將增加若干功能，例如使用者可以通過(guò)調(diào)整座椅和靠背的角度，在電動(dòng)代步車的幫助下實(shí)現(xiàn)平躺或站立等不同姿勢(shì)。
電動(dòng)代步車使用蓄電池作為能源，以直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安全可靠。老年人、殘疾人或者康復(fù)者只需要控制搖桿就可以控制電動(dòng)代步車的運(yùn)動(dòng)速度和方向，學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單，操作方便，無(wú)需他人看護(hù)，這些特點(diǎn)可以很好的擴(kuò)大使用者的運(yùn)動(dòng)空間，豐富他們的生活。
由于電動(dòng)代步車的使用對(duì)象為老年人或殘疾人，所以安全性尤為重要?？刂破鞅仨毦哂幸欢ǖ墓收显\斷功能，能夠自動(dòng)排除故障或?qū)⒐收纤鶐?lái)的后果減小到最低程度。為了造福萬(wàn)家，開(kāi)發(fā)一款性能穩(wěn)定、功能完善、價(jià)格低廉的電動(dòng)代步車通用控制器尤為重要。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
電動(dòng)代步車大致可以分為4類：室內(nèi)型，庭院型，功能型和道路型。室內(nèi)型電動(dòng)代步車操作輕巧靈活，適于室內(nèi)使用；庭院型電動(dòng)代步車主要用作戶外短距離代步使用；功能型電動(dòng)代步工具主要滿足醫(yī)療康復(fù)使用，功能較多；道路型電動(dòng)代步車動(dòng)力較強(qiáng)，適于在城市道路上較長(zhǎng)距離行駛。本文主要介紹庭院型電動(dòng)代步車。
電動(dòng)代步車的機(jī)械結(jié)構(gòu)延續(xù)了傳統(tǒng)輪椅車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出人性化，具有舒適性和便攜性，同時(shí)為了配合電動(dòng)代步車的特性，在傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)上加裝了一些減震部件，使得運(yùn)行更舒適平穩(wěn)。
如圖1所示，電動(dòng)代步車主要由座椅、車架、驅(qū)動(dòng)后輪、導(dǎo)向前輪、蓄電池、電子控制器構(gòu)成。座椅固定在車架上，驅(qū)動(dòng)后輪一般設(shè)置在座椅后部，轉(zhuǎn)向前輪一般設(shè)置在椅座前部，蓄電池設(shè)置在椅座下方兩個(gè)驅(qū)動(dòng)后輪之間，電子控制器設(shè)置在椅座的扶手上。

圖2為電動(dòng)代步車控制器結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括微控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、搖桿檢測(cè)電路以及人機(jī)對(duì)話接口等。為了有效保護(hù)和監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，提高電動(dòng)代步車的安全性能，還加入了電源電壓檢測(cè)接口、電機(jī)電流檢測(cè)、充電器檢測(cè)接口等功能。