電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

袁玉霞+趙明冬

摘 要：隨著我國老齡化趨勢加強(qiáng)，對(duì)電動(dòng)輪椅的需求量將大大增加，本文所設(shè)計(jì)的電動(dòng)輪椅既可以通過手動(dòng)按鍵控制，又加入了無線通信技術(shù)，通過遙控器發(fā)出信號(hào)來控制電動(dòng)輪椅進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，為使用者對(duì)電動(dòng)輪椅的遠(yuǎn)程操作提供了一定的方便。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)輪椅；手動(dòng)控制；無線控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.229

1 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國已經(jīng)開始步入老齡化社會(huì)，現(xiàn)有老年人近2億人，而殘疾人也超過8千萬人。在老年人當(dāng)中，將近有l(wèi)千萬人下肢行動(dòng)不便，另外，每年新增因車禍、工傷和其他意外下肢傷殘者約50萬人。這是一個(gè)寵大而特殊的群體，該群體是社會(huì)的弱者，需要全社會(huì)的關(guān)愛，尤其需要一種適合他們心理和生理特征的交通工具。目前市場上銷售的電動(dòng)輪椅大多都是價(jià)格不菲，并且這些輪椅都是以搖控桿控制，控制方式過于單一。

因此，基于以上電動(dòng)輪椅的諸多不足，本文設(shè)計(jì)了一套能夠適合廣大老年人及殘疾人使用的電動(dòng)輪椅，使用者既可以通過用手按動(dòng)鍵盤按鍵控制，又可以通過遙控器按鈕來控制輪椅。

2 研究內(nèi)容

為了滿足多數(shù)殘疾人和老年人的需求，本文設(shè)計(jì)的輪椅采用兩種控制方法：鍵盤控制和遙控。鍵盤控制是最為簡單的控制方法，適合大部分老年人和殘疾人使用，遙控裝置適合于無法自己控制輪椅的人群。要實(shí)現(xiàn)如上功能，本系統(tǒng)需要用到AT89C2051單片機(jī)以及遙控裝置。

通過單片機(jī)對(duì)5個(gè)按鍵的電平判斷，來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪椅的前進(jìn)、后退、加速、減速和停止。本設(shè)計(jì)還通過另外2個(gè)按鍵（獨(dú)立按鍵和遙控器按鍵通用）來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。用兩個(gè)單片機(jī)分別控制直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，達(dá)成電動(dòng)輪椅的功能要求。

3 研究目標(biāo)

經(jīng)過改進(jìn)后的輪椅，它具有多種功能，可以滿足多種殘疾人以及老年人的需求。

（1）鍵盤控制功能。該功能適合于能自己用手控制的人，這是最為簡便的控制方法，只要按下相應(yīng)的鍵就能實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能，如前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和停止。

（2）遙控。遙控是該電動(dòng)輪椅的一大創(chuàng)新點(diǎn)，它在一定程度上擴(kuò)大了他人的活動(dòng)范圍，不用像手推輪椅那樣需要一個(gè)人緊隨其后。另外，使用者本身也可以用遙控器來自己控制輪椅，這與鍵盤控制相比的好處在于使用者的手可以擺放在任意位置。

4 硬件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)是基于STC89C52RC控制的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可以根據(jù)按下按鍵的情況，控制電動(dòng)輪椅的電機(jī)做出相應(yīng)的動(dòng)作。也可通過無線通信模塊實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪椅的遠(yuǎn)距離無線控制，可以直接通過遙控器來開動(dòng)電動(dòng)輪椅。

本系統(tǒng)有以下幾個(gè)控制要求：

（1）單片機(jī)1對(duì)5個(gè)獨(dú)立按鍵和遙控按鍵輸入進(jìn)行電平判讀，實(shí)現(xiàn)的功能分別是：前進(jìn)、后退、加速、減速、停止。

（2）用單片機(jī)2對(duì)2個(gè)獨(dú)立按鍵和遙控按鍵輸入進(jìn)行電平判讀，實(shí)現(xiàn)的功能是：在前進(jìn)、后退或暫停時(shí)進(jìn)行方向調(diào)整。

本設(shè)計(jì)主要由前級(jí)無線通信電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、穩(wěn)壓電路、按鍵輸入、后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路等模塊組成，其設(shè)計(jì)原理框圖如圖1。

5 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用兩個(gè)STC89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，一個(gè)單片機(jī)控制直流電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪椅的前進(jìn)、后退、加速、減速、停止等動(dòng)作，另一個(gè)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪椅在前進(jìn)、后退或暫停時(shí)進(jìn)行方向調(diào)整。

單片機(jī)1利用PWM波進(jìn)行調(diào)速。采用軟件編程的方法改變方波的占空比，從而改變加在電機(jī)兩端的電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速操作。單片機(jī)2完成初始化后，如果正轉(zhuǎn)按鍵按下并不松開則步進(jìn)電機(jī)一直正轉(zhuǎn)；如果反轉(zhuǎn)按鍵按下并不松開則步進(jìn)電機(jī)一直反轉(zhuǎn)；按鍵必須處于+5V的電平狀態(tài)并保持一定時(shí)間，才能促使主控進(jìn)行電平判斷，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路的步進(jìn)電機(jī)。由此可知，步進(jìn)電機(jī)的工作時(shí)長取決于電平保持的時(shí)長。此狀態(tài)在遙控電路中定義為“按鍵點(diǎn)動(dòng)”，即按下按鍵不松開則電機(jī)一直工作，松開時(shí)停止。

6 結(jié)論

本設(shè)計(jì)完成了充電電路和穩(wěn)壓分壓電路的運(yùn)用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和機(jī)械傳動(dòng)的運(yùn)用，無線通信技術(shù)和電平轉(zhuǎn)換電路的運(yùn)用。控制系統(tǒng)通過獨(dú)立按鍵控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)控制。此外，該控制系統(tǒng)還加入了無線通信技術(shù)，通過遙控器發(fā)出信號(hào)來控制電動(dòng)輪椅進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，為使用者對(duì)電動(dòng)輪椅的遠(yuǎn)程操作提供了一定的方便。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琳.基于操作手柄新模型的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[J].微特電機(jī)，2012（07）.

[2]王曉旭.基于ATmega48的電動(dòng)輪椅主從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電機(jī)技術(shù)，2010（04）.

[3]陳寶林.全向移動(dòng)可調(diào)節(jié)式輪椅設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015（03）.