基于AVR單片機(jī)的電動代步車控制器

摘要：提出一種高性能低成本的電動代步車控制器設(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)動器，使用者通過搖桿操控電動代步車的速度和轉(zhuǎn)向。控制器的軟件部分由系統(tǒng)自檢、搖桿位置檢測和電機(jī)運(yùn)動3大部分組成，并靈活使用系統(tǒng)時標(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)啟動和停止時運(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)將是一個人口老齡化程度越來越高的世紀(jì)，老年人和殘疾人的護(hù)理將是社會的一個沉重負(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)模將越來越大。同時在我國人口中有8 296萬殘疾人，占全國總?cè)丝诘谋壤秊?．34％，其中肢體殘疾人數(shù)2 412萬，占29．07％。老年人和殘疾人這個龐大的弱勢群體需要一種適合他們心理和生理的代步車來滿足日常生活及參與社會活動的需要。
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，手動輪椅逐漸被性能優(yōu)越、操作簡單、行駛安全的電動代步車所替代。電動代步車的出現(xiàn)除了能滿足老年人或殘疾人室內(nèi)外活動的要求之外，還在醫(yī)療康復(fù)中發(fā)揮著越來越大的作用。例如，腿部骨折的患者可以在康復(fù)過程中使用電動代步車，那么即使腿腳不便也可以在一定的范圍內(nèi)自由活動。電動代步車作為醫(yī)療康復(fù)工具時也將增加若干功能，例如使用者可以通過調(diào)整座椅和靠背的角度，在電動代步車的幫助下實(shí)現(xiàn)平躺或站立等不同姿勢。
電動代步車使用蓄電池作為能源，以直流電動機(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代步車的運(yùn)動速度和方向，學(xué)習(xí)簡單，操作方便，無需他人看護(hù)，這些特點(diǎn)可以很好的擴(kuò)大使用者的運(yùn)動空間，豐富他們的生活。
由于電動代步車的使用對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，能夠自動排除故障或?qū)⒐收纤鶐淼暮蠊麥p小到最低程度。為了造福萬家，開發(fā)一款性能穩(wěn)定、功能完善、價格低廉的電動代步車通用控制器尤為重要。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
電動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)型電動代步車操作輕巧靈活，適于室內(nèi)使用；庭院型電動代步車主要用作戶外短距離代步使用；功能型電動代步工具主要滿足醫(yī)療康復(fù)使用，功能較多；道路型電動代步車動力較強(qiáng)，適于在城市道路上較長距離行駛。本文主要介紹庭院型電動代步車。
電動代步車的機(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，同時為了配合電動代步車的特性，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，電動代步車主要由座椅、車架、驅(qū)動后輪、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)置在椅座下方兩個驅(qū)動后輪之間，電子控制器設(shè)置在椅座的扶手上。

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