(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910283794.X
(22)申请日 2019.04.10
(71)申请人 广州思智科技有限公司
地址 510000 广东省广州市天河区天河北
路689号5楼自编11房
(72)发明人 肖怒海 党彦波 黄康军 周玉梅
(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569
代理人 程华
(51)Int.Cl.
A61G 5/04(2013.01)
A61G 5/10(2006.01)
(54)发明名称
一种电动轮椅控制系统
(57)摘要
本发明公开了一种电动轮椅控制系统，包
括：轮椅控制装置、遥控装置和驱动装置；轮椅控
制装置中的第一无线通讯模块与第一主控制模
块连接；遥控装置包括遥控姿态检测模块、第二
无线通讯模块和第二主控制模块；遥控姿态检测
模块的输出端与第二主控制模块的输入端连接，
用于传输遥控装置的姿态信息；第二主控模块与
第二无线通讯模块连接；轮椅控制装置与遥控装
置通过第一无线通讯模块和第二无线通讯模块
进行数据交互；轮椅控制装置用于将来自于遥控
装置的控制信号发送至驱动装置；驱动装置的输
入端与轮椅控制装置的输出端连接，用于根据控
制信号控制轮椅的运动姿态。本发明提供的电动
轮椅控制系统具有控制方便、
操作简单的特点。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 109846617 A 2019.06.07
C N 109846617
A
权 利 要 求 书1/1页CN 109846617 A
1.一种电动轮椅控制系统，其特征在于，包括：轮椅控制装置、遥控装置和驱动装置；
所述轮椅控制装置包括第一主控制模块和第一无线通讯模块；所述第一无线通讯模块与所述第一主控制模块连接；
所述遥控装置包括遥控姿态检测模块、第二无线通讯模块和第二主控制模块；所述遥控姿态检测模块用于检测遥控装置的姿态信息；所述遥控姿态检测模块的输出端与所述第二主控制模块的输入端连接；所述第二主控模块与第二无线通讯模块连接；
所述轮椅控制装置与所述遥控装置通过所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块进行数据交互；所述轮椅控制装置用于将来自于所述遥控装置的控制信号发送至所述驱动装置；
所述驱动装置的输入端与所述轮椅控制装置的输出端连接；所述驱动装置用于根据所述控制信号控制轮椅的运动姿态。
2.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控装置的姿态信息包括绕遥控装置X轴旋转的俯仰角，绕遥控装置Y轴旋转的横滚角与绕遥控装置Z轴旋转的偏航角。
3.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅的运动姿态包括：运动速度、前进、后退、停止、左转和右转。
4.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅控制装置还包括按键模块和摇杆模块；
所述摇杆模块的输出端与所述第一主控制模块的输入端连接；所述摇杆模块用于控制轮椅前进、后退、左转、右转和停止；所述按键模块的输出端与所述第一主控制模块的输入端连接；所述按键模块用于选择轮椅的运动速度、控制电源的开闭以及控制声音的有无。
5.根据权利要求4所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述按键模块包括加键、减键、声音键、开机键和关机键；
所述加键和减键用于调整轮椅的运动速度；所述声音键用于控制轮椅发出的声音；所述开机键用于开启轮椅控制装置的电源；所述关机键用于关闭轮椅控制装置的电源。
6.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控装置还包括遥控按键模块；所述遥控按键模块的输出端与所述第二主控制模块的输入端连接；所述遥控按键模块用于输入控制轮椅运动姿态的信息。
7.根据权利要求6所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控按键模块包括发送键；所述发送键用于向所述轮椅控制装置发送轮椅的运动姿态信息。
8.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅控制装置和遥控装置中均包括有LCD显示模块；所述LCD显示模块用于显示轮椅的运动姿态信息、剩余电量和故障信息。
2
脑控智能轮椅控制系统 摘要：为身体高度瘫痪的残疾人士能够自由移动，提出了一种基于脑机接口实验平台BCI2000的自发想象控制轮椅的新方法。该控制系统主要由Emotiv脑电采集装置、一台笔记本电脑、一个单片机控制器组成，对采集的信号进行时频特征分析，并利用改进的感知器算法对信号进行分类。利用提示被试者想象左右手运动的脑电信号特征，实现对轮椅的左转和右转的控制，对今后进一步研究轮椅的精确控制系统具有重要的指导意义。 关键词： Emotiv；BCI2000；脑控；智能轮椅 脑-机接口BCI(Brain-Computer Interface)是一种利用脑部神经发出的信息与计算机或其他外部设备通信的系统[1]。基于头皮的脑电信号可以反映大脑的不同状态，且记录简单、无创，能够实时地进行信号的提取和分类，在目前脑-机接口研究中是最多的[2]。 传统的轮椅人机交互由声音、摇杆和按键等实现。然而对于高位瘫痪不具备语言能力的人来说，通过BCI这种技术可以很好地帮助他们实现意念控制外部设备的愿望。目前随着BCI 技术的发展，实现大脑控制外部设备变得越来越有可能。在国外，Farwell等人就利用脑电信号中的P300开发了虚拟打字机，可以实现意念控制文字的输入[3]。同时，在现有脑电控制的智能轮椅系统中，可以利用闭眼放松的脑电信号的Alpa波和左右手运动想象脑电信号的Beta波来实现对轮椅的控制[4]。而脑电信号很微弱且易受外部环境的干扰[5]，其处理的算法也非常复杂。对于利用脑电信号进行控制的系统，处理脑电的步骤一般包括信号的滤波、特征提取、信号分类和转换。脑电特征提取方法主要有小波(包)分析、功率谱法和共空间模型等。而脑电信号的分类方法中最主要的包括线性判别法、支持向量机法和人工神经网络等[6]。 由于脑机接口的研究很复杂，许多处理算法也只是处于离线的理论研究阶段，实际操作的可靠性也有待提高。本文主要研究了脑电数据的离线处理方法，运用AR模型估计方法验证了想象数据的可分离性，然后使用感知器算法对信号的特征进行分类，并基于BCI2000平台将其转换为控制信号，达到了控制外部轮椅设备的目的。该操作平台的优点是：不利用人体的肢体动作就可以实现对轮椅运动方向的控制，成本较低，为行动有障碍的残疾人士提供了一个自由的控制平台，对今后进一步实现轮椅的集成控制有重要意义。 1 BCI2000试验平台 BCI2000是一种能描述任意BCI系统的模型，该模型由4个相互联系的功能模块构成：数据获取模块（数据的采集和存储）、信号处理模块、用户应用程序模块、操作员模块，。这4个模块各自分离，并通过TCP/IP协议进行相互通信[7]。 在BCI2000系统运行过程中，每次数据获取模块获得一组脑电数据后，就发送给信号处理模块，在此对脑电数据进行信号的特征提取和模式分类，并将分类的结果转化为控制命令发送给用户应用模块。每个模块各自实现自己的功能，它们之间的通信协议不受信号的通道数和采样率、信号处理的复杂度和所需要控制的外部设备等因素的限制[7]。 2 脑电信号分析 2.1 特征分析 在想象运动中Mu节律的能量高低及分布可用于对数据进行分类，并且可以通过训练用户控制Mu节律的能量高低和分布状况来实现对外部设备的控制[8]。本设计利用Mu节律的能量幅值变化来研究人脑下达不同运动意识指令时EEG的表现特征，并且将时域特征与频域特征结合作为时频特征。实验中，利用刺激界面使被试者进行左右手运动的想象动作，从提示到结束的时间为9 s，同时记录下被试者的脑电数据，将通过电脑采集的脑电数据存储到计算机内。最后利用MATLAB进行数据分析，提取脑电数据的特征向量。
电动车控制器主要功能特点及原理 文章来源：无锡依诺科技有限公司 电动车控制器主要功能特点 电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点; 电动车控制器主要功能特点如下： 超静音设计技术：独特的电流控制算法，能适用于任何一款无刷电动车电机，并且具有相当的控制效果，提高了电动车控制器的普遍适应性，使电动车电机和控制器不再需要匹配。 恒流控制技术：电动车控制器堵转电流和动态运行电流完全一致，保证了电池的寿命，并且提高了电动车电机的启动转矩。 自动识别电机模式系统：自动识别电动车电机的换向角度、霍尔相位和电机输出相位，只要控制器的电源线、转把线和刹车线不接错，就能自动识别电机的输入几输出模式，可以省去无刷电动车电机接线的麻烦，大大降低了电动车控制器的使用要求。 随动ab s系统：具有反充电/汽车EABS刹车功能，引入了汽车级的EABS防抱死技术，达到了EABS刹车静音、柔和的效果，不管在任何车速下保证刹车的舒适性和稳定性，不会出现原来的abs在低速情况下刹车刹不住的现象，完全不损伤电机，减少机械制动力和机械刹车的压力，降低刹车噪音，大大增加了整车制动的安全性；并且刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程，用户可根据自己的骑行习惯自行调整EABS刹车深度。 电机锁系统：在警戒状态下，报警时控制器将电机自动锁死，控制器几乎没有电力消耗，对电机没有特殊要求，在电池欠压或其他异常情况下对电动车正常推行无任何影响。 自检功能：分动态自检和静态自检，控制器只要在上电状态，就会自动检测与之相关的接口状态，如转把，刹把或其它外部开关等等，一旦出现故障，控制器自动实施保护，充分保证骑行的安全，当故障排除后控制器的保护状态会自动恢复。 反充电功能：刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程。 堵转保护功能：自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流值社顶在固定值，以保持整车的驱动能力；如电机处于纯堵转状态，则控制器2秒后将限流值控制在10A以下，起到保护电机和电池，节省电能；如电机处于短路状态，控制器则使输出电流控制在2A以下，以确保控制器及电池的安全。 动静态缺相保护：指在电机运行状态时，电动车电机任意一相发生断相故障时，控制器实行保护，避免造成电机烧毁，同时保护电动车电池、延长电池寿命。 功率管动态保护功能：控制器在动态运行时，实时监测功率管的工作情况，一旦出现功率管损坏的情况，控制器马上实施保护，以防止由于连锁反应损坏其他的功率管后，出现推车比较费力的现象。 防飞车功能：解决了无刷电动车控制器由于转把或线路鼓掌引起的飞车现象，提高了系统的安全性。 1+1助力功能：用户可自行调整采用自向助力或反向助力，实现了在骑行中辅以动力，
！！电动自行车控制器电路原理分析 目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。 电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类。关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。 本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点。所列电路均是根据实物进行测绘所得，绍具体实例，达到举一反三的目的。 1. 有刷控制器实例 (1)山东某牌带电量显示有刷控制器 电路方框图见图1。 图中元件号为笔者所标。通过介 1)电路原理 电路原理图见图2 所示，该控制器由稳压电源电路、 电池放电指示电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组 PWM产生电路、电机驱动电路、蓄
稳压电源由V3(TL431) ，Q3等元件组成，从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电，调节VR6可校准+12V 电源。 PWM电路以脉宽调制器TL494 为核心组成。R3、C4与内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。 H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V—1V 的电压。该电压加到TL494 的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。②脚电压越低，⑧ 脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2 使转把松开时电机停转再过一点。 电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。电机MOTOR为永磁直流有刷电机。TL494 的⑧ 脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494 的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。D1 是电机续流二极管，防止Q2击穿。TL494 的⑧脚输出低电平时，Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494 的⑧脚输出高电平时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速Q2的截止过程，对降低 Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21 分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22 分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。VA=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电 压不低于38V时，LED1、LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，LED1熄灭，此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示，LED5 用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V 时.LM324 的①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的死区控制端④脚. 该脚电位≥ 3.5V，就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2 截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池
毕业论文﹙设计﹚任务书 院(系) 机械工程学院专业班级学生姓名 一、毕业论文﹙设计﹚题目电动轮椅车设计 二、毕业论文﹙设计﹚工作自 2014 年 3 月 5 日起至 2014 年 5 月 28 日止 三、毕业论文﹙设计﹚进行地点: 四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求： 1、设计课题简介 电动轮椅是一种以蓄电池为能源、电子装置控制驱动的动力轮椅车。使用者可通过控制装置自行驱动轮椅车行进。适用于高位截瘫、偏瘫及下肢功能障碍者使用。本课题主要是设计一款含有机械传动减速机构的电动轮椅，使学生充分利用所学知识，初步锻炼产品的总体设计和研究能力。 2、论文要求： 1）通过查阅有关资料,了解产品总体设计的方法和步骤； 2）设计的电动轮椅要方便操作使用； 3）所确立的设计方案应按照产品总体设计方法和步骤进行，确保科学合理； 4）论文应包括对电动轮椅进行安全、强度和力学方面的设计计算数据。 3、工作任务与要求： 1）充分了解电动轮椅的结构特点及构造，了解设计的主要内容，并进行市场调查。 2）搜集各类电动轮椅的资料，包括相关的国家标准及最新成果。 3）设计多个方案，并从选出总体设计方案后对总体设计进行细化。 4）对设计进行校核，确保方案的可行性，绘制总装图和关键零件图。撰写研究设计论文一份。4.工作任务时间安排：
第1-3周：了解产品总体设计的方法和步骤，搜集有关电动轮椅的资料，包括设计的相关国家标准及最新研究成果，撰写毕业设计开题报告一份。 第4-6周：通过市场调查已有的电动轮椅驱动机构结构，设计出相应的总体设计方案。 第7-12周：设计控制方式及电路，绘制总装示意图和关键零件图，撰写毕业论文。 5、设计说明书格式要求： 设计说明书应包括：序言、目录、摘要（中英文）、关键词（中英文）、中图分类号、正文（含设计方案论证、设计及其它说明等）、结束语和参考文献等内容，并按照封页、设计任务书、序言、目录、摘要、关键词、正文、结束语、参考文献和封底的顺序装订。 指导教师系(教研室) 系(教研室)主任签名批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期学生签名
控制器的工作原理介绍 控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 控制器的分类有很多，比如LED控制器、微程序控制器、门禁控制器、电动汽车控制器、母联控制器、自动转换开关控制器、单芯片微控制器等。 1.LED控制器(LED controller)：通过芯片处理控制LED灯电路中的各个位置的开关。控制器根据预先设定好的程序再控制驱动电路使LED阵列有规律地发光，从而显示出文字或图形。 2.微程序控制器：微程序控制器同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被广泛地应用。在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。 3.门禁控制器：又称出入管理控制系统(Access Control System) ，它是在传统的门锁基础上发展而来的。门禁控制器就是系统的核心，利用现代的计算机技术和各种识别技术的结合，体现一种智能化的管理手段。 4.电动汽车控制器：电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。 上述只是简单的介绍了几种控制器的名称和主要功能，控制器的种类繁多、技术不同、领域不同。 在控制器领域内，高标科技作为一家国家级的高新企业，其主打产品是电动车控制器，并且在电动车控制领域内占有很重要的地位，之前已经说到电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。高标科技在这里为大家介绍一下高标控制器的基本工作原理： （一）高标科技电动车控制器的结构 电动车控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成。周边器件是一些功能
电动自行车控制器电路及原理大全 目前流行的电动自行车、电动摩托车大都使用直流电机，对直流电机调速的控制器有很多种类。电动车控制器核心是脉宽调制(PWM)器，而一款完善的控制器，还应具有电瓶欠压保护、电机过流保护、刹车断电、电量显示等功能。 电动车控制器以功率大小可分为大功率、中功率、小功率三类。电动自行车使用小功率的，货运三轮车和电摩托要使用中功率和大功率的。从配合电机分，可分为有刷、无刷两大类。关于无刷控制器，受目前的技术和成本制约，损坏率较高。笔者认为，无刷控制器维修应以生产厂商为主。而应用较多的有刷控制器，是完全可以用同类控制器进行直接代换或维修的。 本文分别介绍国内部分具有代表性的电动自行车控制器整机电路，并指出与其他产品的不同之处及其特点。所列电路均是根据实物进行测绘所得，图中元件号为笔者所标。通过介绍具体实例，达到举一反三的目的。 1.有刷控制器实例 (1)山东某牌带电量显示有刷控制器 电路方框图见图1。 1)电路原理 电路原理图见图2所示，该控制器由稳压电源电路、PWM产生电路、电机驱动电路、蓄电池放电指示
电路、电机过流及蓄电池过放电保护电路等组成。 稳压电源由V3(TL431)，Q3等元件组成，从36V蓄电池经过串联稳压后得到+12V电压，给控制电路供电，调节VR6可校准+12V电源。 PWM电路以脉宽调制器TL494为核心组成。R3、C4与内部电路产生振荡，频率大约为12kHz。 H是高变低型霍尔速度控制转把，由松开到旋紧时，其输出端可得到4V—1V的电压。该电压加到TL494的②脚，与①脚电压进行比较，在⑧脚得到调宽脉冲。②脚电压越低，⑧脚输出的调宽脉冲的低电平部分越宽，电机转速越高，电位器VR2用于零速调节，调节VR2使转把松开时电机停转再过一点。 电机驱动电路由Q1、Q2、Q4等元件组成。电机MOTOR为永磁直流有刷电机。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲，经Q1反相放大驱动VDMOS管Q2。TL494的⑧脚输出的调宽脉冲低电平部分越宽，则Q2导通时间越长，电机转速越高。D1是电机续流二极管，防止Q2击穿。TL494的⑧脚输出低电平时，Q1、D2导通，Q4截止，Q2导通；TL494的⑧脚输出高电平时，Q1、D2截止，Q4导通，迅速将Q2栅极电荷泄放，加速Q2的截止过程，对降低Q2温度有十分重要的作用。 蓄电池放电指示电路由LM324组成四个比较器，12V由R24、VR1、VR4、VR3、VR5、R21分压形成四个不同基准电压分别加到四个比较器的反相端。蓄电池电压经R23和R22分压加到每个比较器的同相端，该电压和蓄电池电压成比例。V A=VB*R22/(R22+R23)。当蓄电池电压不低于38V时，LED1、LED2、LED3均点亮；当电池电压低于38V时，LED3熄灭；当电池电压低于35V时，LED2熄灭；当电池电压低于33V时，LED1熄灭，此时应给电池充电。调节VR1、VR4、VR3可分别设定LED3、LED2、LED1熄灭时的电压。LED4用作电源指示，LED5用作欠压切断控制器输出指示。 蓄电池过放电保护当蓄电池放电到31.5V时.LM324的①脚输出低电平，三极管Q5导通，约5V电压加到TL494的死区控制端④脚.该脚电位≥3.5V，就会迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使三极管Q1、Q2截止，电机停止运转，蓄电池放电停止，进入电池保护状态。此时LED5点亮，指示出该状态。VR5用于设定电池保护点电压。 电机过流保护R30为电机电流取样电阻，当过流时，取样电压经R14加到TL494的⑩脚。当⑩脚电位高于⑩脚电位时，TL494内部运放2输出高电平，迫使TL494内部调宽脉冲输出管截止，从而使Q1、Q2截止，电机停止运转，从而保护了电机。 制动保护当刹车制动时，KEY2接通.5V电压加到TL494的死区控制端④脚，迫使TL494内部调宽脉
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910283794.X (22)申请日 2019.04.10 (71)申请人 广州思智科技有限公司 地址 510000 广东省广州市天河区天河北 路689号5楼自编11房 (72)发明人 肖怒海 党彦波 黄康军 周玉梅 (74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569 代理人 程华 (51)Int.Cl. A61G 5/04(2013.01) A61G 5/10(2006.01) (54)发明名称 一种电动轮椅控制系统 (57)摘要 本发明公开了一种电动轮椅控制系统，包 括：轮椅控制装置、遥控装置和驱动装置；轮椅控 制装置中的第一无线通讯模块与第一主控制模 块连接；遥控装置包括遥控姿态检测模块、第二 无线通讯模块和第二主控制模块；遥控姿态检测 模块的输出端与第二主控制模块的输入端连接， 用于传输遥控装置的姿态信息；第二主控模块与 第二无线通讯模块连接；轮椅控制装置与遥控装 置通过第一无线通讯模块和第二无线通讯模块 进行数据交互；轮椅控制装置用于将来自于遥控 装置的控制信号发送至驱动装置；驱动装置的输 入端与轮椅控制装置的输出端连接，用于根据控 制信号控制轮椅的运动姿态。本发明提供的电动 轮椅控制系统具有控制方便、 操作简单的特点。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 109846617 A 2019.06.07 C N 109846617 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109846617 A 1.一种电动轮椅控制系统，其特征在于，包括：轮椅控制装置、遥控装置和驱动装置； 所述轮椅控制装置包括第一主控制模块和第一无线通讯模块；所述第一无线通讯模块与所述第一主控制模块连接； 所述遥控装置包括遥控姿态检测模块、第二无线通讯模块和第二主控制模块；所述遥控姿态检测模块用于检测遥控装置的姿态信息；所述遥控姿态检测模块的输出端与所述第二主控制模块的输入端连接；所述第二主控模块与第二无线通讯模块连接； 所述轮椅控制装置与所述遥控装置通过所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块进行数据交互；所述轮椅控制装置用于将来自于所述遥控装置的控制信号发送至所述驱动装置； 所述驱动装置的输入端与所述轮椅控制装置的输出端连接；所述驱动装置用于根据所述控制信号控制轮椅的运动姿态。 2.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控装置的姿态信息包括绕遥控装置X轴旋转的俯仰角，绕遥控装置Y轴旋转的横滚角与绕遥控装置Z轴旋转的偏航角。 3.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅的运动姿态包括：运动速度、前进、后退、停止、左转和右转。 4.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅控制装置还包括按键模块和摇杆模块； 所述摇杆模块的输出端与所述第一主控制模块的输入端连接；所述摇杆模块用于控制轮椅前进、后退、左转、右转和停止；所述按键模块的输出端与所述第一主控制模块的输入端连接；所述按键模块用于选择轮椅的运动速度、控制电源的开闭以及控制声音的有无。 5.根据权利要求4所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述按键模块包括加键、减键、声音键、开机键和关机键； 所述加键和减键用于调整轮椅的运动速度；所述声音键用于控制轮椅发出的声音；所述开机键用于开启轮椅控制装置的电源；所述关机键用于关闭轮椅控制装置的电源。 6.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控装置还包括遥控按键模块；所述遥控按键模块的输出端与所述第二主控制模块的输入端连接；所述遥控按键模块用于输入控制轮椅运动姿态的信息。 7.根据权利要求6所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述遥控按键模块包括发送键；所述发送键用于向所述轮椅控制装置发送轮椅的运动姿态信息。 8.根据权利要求1所述的一种电动轮椅控制系统，其特征在于，所述轮椅控制装置和遥控装置中均包括有LCD显示模块；所述LCD显示模块用于显示轮椅的运动姿态信息、剩余电量和故障信息。 2
电动车控制器原理图解
单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、
U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障
闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、
第五章电动轮椅运动控制系统的软件设计在本系统的控制方案中，作者采用 TMS320LF2407A DSP 控制芯片作为系统的核心控制芯片。它具有很快的运行速度，丰富的片内外设等系统资源和强大的中断功能以及灵活丰富的指令集、高速运算能力、内部操作的灵活性、低功耗等特点，使得在系统的软件设计中，可以实现复杂的控制算法。 系统软件设计的终极目的是:实现两个电机平滑稳定的协调运动控制，实现轮椅控制器的人机交互功能，具备完善的故障保护功能，且可以和 PC 机通讯的功能，使得轮椅能够在各种允许路况下都具有非常平稳舒适的运行性能。 5.1 系统的软件设计方案 5.1.1 系统的控制方块图 由第二章可知，本系统是采用电压负反馈、电流截止负反馈和电流正反馈补偿的控制算法实现两台直流电机的协调运动控制。调节器是数字 PI 调节器。系统的控制方块图如图 5-1 所示: 图5-1 轮椅运动控制系统控制方块图 由图 5-1 可知，操纵杆的输出信号 X、Y 经过 S 曲线和左/右电机给定发生器后合成为左/右电机的给定信号，取电机两端电压以及电流采样电阻电压作为反馈信号。为了防止轮椅起动或堵转时电机电流过大，本文采用了具有电流截止负反
馈的电压闭环调速系统。电流正反馈补偿环节是为了补偿由于电枢电阻引起的速降以提高系统的机械特性。当轮椅运行在比较糟糕的路况时，轮椅的左/右电机在相同的给定下，负载大小可能不同，这时当用户本想径直前进时，轮椅可能由于左/右电机负载的不同，而转弯，图 5-1中的“负载不平衡时电流正反馈补偿”环节就是为克服这种情况而设计的。S 曲线的设置使得轮椅在起/制动时都能够非常平滑和舒适，保证了安全性。速度给定发生器和负载补偿仲裁器是两台电机协调控制的核心指挥部，它们保证了轮椅在二维平面上的自由运行。 5.1.2 本系统软件控制的时序 对于一个以 TMS320LF2407A 为核心控制芯片的控制系统来说，首要的任务是确定系统的时钟系统，其次是合理决定软件中的中断数量和顺序。 本系统在硬件上采用的是外部晶体振荡器，其频率是 10MHz，在软件中设定CPU时钟为 40MHz，PWM 载波频率为 20KHz，系统的中断频率和 AD 采样频率也都是20KHz。 5.2 系统软件的主要功能模块 本轮椅运动控制系统软件主要包括以下一些功能模块: (1)初始化模块; (2)上电时操纵杆中心位置检测程序; (3) AD 采样子程序; (4)电池电量检测子程序; (5)睡眠模式子程序; (6)锁存模式子程序; (7)鸣笛子程序; (8)加速度曲线给定子程序; (9)速度按键处理子程序;
无刷电动车控制器接线方法
无刷电动车控制器接线说明 1．电源输入 粗红色线为电源正端黑色线为电源负端细橙色线为电门锁 2．电机相位（u、v、w输出）
粗黄色线为U 粗绿色线为V 粗蓝色线为W 3．转把信号输入 细红色线为+5V电源细绿色为手柄信号输入细黑色线为接地线 4．电机霍耳（A、B、C输入） 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线 细黄色线为 A 细绿色线为 B 细蓝色线为 C 5．刹车（柔性EABS+机械刹） 细黄色线为柔性EABS；细蓝色线为机械刹（高电平刹车：+12V）细黑色线为接地线（低电平刹车） 6．传感器 细红色线为+5V电源细黑色线为接地线细绿色线为传感器信号输入7．仪表（转速）：细紫色线 8．巡航：细棕色线 9．限速：细灰色线 10．自动识别开关线：细黄色线 PIC16F72智能型无刷电动车控制器使用方法和注意事项 1、在接线前先切断电源，按接线图所示连接各根导线； 2、该控制器应安装在通风、防水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位，禁止将控制器电源正负极反接（即严禁粗红、细橙和粗黑；细红和细黑接反）。 5、电机模式自动识别：正确接好电动车控制器的电源、转把、刹把等线束，,将电机识别模式开关线（细黄）短接，打开电门锁，使电机进入自动识别状态，若电机反转则按一下刹车即可使电机正向转动，在控制器识别电机模式10秒后将电机识别模式开关线（细黄）直接断开即可完成电机模式自动识别。 6、1+1助力方向调整：在通电状态，将调速电阻从最大值调到最小值，再回到原始状态后，可将1+1助力的方向从正向模式切换到反向模式，再调整一次可从反向模式切换到正向模式，并将最终的模式存入单片机。 更多关于电动车维修请点击下面的链接 电动车整车电气原理图 电动机车故障维修手册 电动车检测仪制作 电动车综合检测仪制作 电动车故障维修资料 电动车三合一喇叭接线图 电动车电机霍尔更换图解 电动车维修 电动车维修技术 电动车故障维修 无刷电机相角的判断 无刷电机的接线方法 电动车报警器(防盗器)的接法
毕业设计 论文题目： 学生： 指导教师： 专业： 班级： 2016年5 月
基于单片机的电动轮椅用手柄控制器设计 摘要 随着社会的进步与发展，残障人士的生活质量越来越受到人们的关注，因此用于疾病护理与康复方面的辅助器械就应运而生。电动轮椅是一种理想的代步工具，在社会上的需求量大，因此具有较高的研究价值。本次设计采用双后轮驱动模式，选用NEC公司生产的78K0系列单片机作为主控芯片。 首先，介绍了电动轮椅操纵杆控制器的研究与发展现状，并概述了电动轮椅操纵杆控制器的相关技术。其次，介绍了电动轮椅操纵杆控制器的基本原理，并作出相应的设计方案。第三，分析霍尔效应传感器的特性，本文选择了InSb线性霍尔效应传感器。并采用恒压控制方式，设计完成了操纵信号采集电路。然后，以NEC单片机为主控制芯片，完成手柄控制器的硬件电路设计包括显示、按键、电源转换及主控制器电路等。最后，选择LIN总线协议作为操纵杆控制器系统的通信协议，编写程序实现电路对蜂鸣器的控制、电池电量的显示、速度档位的显示、以及对电机的控制。 关键词：电动轮椅；手柄控制器；单片机；霍尔效应传感器
Based on single chip microcomputer design of the handle controller of electric wheelchair Abstract With the progress and development of society, the quality of life of people with disabilities more and more people's attention, so for disease care and rehabilitation assistive devices came into being.Electric wheelchair is an ideal means of transport, the demand in the community is large, and herefore has a high research value.The design uses a dual-rear-wheel drive model, the choice of NEC 78K0 series produced microcontroller as the master chip. Firstly, the status of research and development of electric wheelchair joystick, and an overview of the electric wheelchair joystick related technologies.Secondly, it introduces the basic principles of electric wheelchair joystick,and make the appropriate design.Third, the analysis features Hall effect sensor, the paper chose InSb linear Hall-effect sensors. And constant pressure control mode, designed to complete the manipulation signal acquisition circuitry.Then, NEC microcontroller-based control chip to complete the hardware circuit design handle controller includes a display, keypad, power conversion, and the main controller circuit.Finally, select the LIN bus protocol as the communication protocol joystick system, the preparation of program control circuit buzzer, battery power display, speed gear display, and control of the motor. Key words:Electric wheelchair; handle controller; Single chip microcomputer; Hall effect sensor
该控制器由CPU（PIC16F72）、2片74HC27（3输入或非门）、1片74HCO4D（反相器）、1片74HCO8D（双输入与门）和1片LM358（双运放）、6只大功率场效应管等组成，功率达350W，是一款比较典型的无刷电动车控制器，具有600和120°驱动模式自动切换功能。 根据实物绘出其电路图，如图所示。该控制器由CPU（PIC16F72）、2片74HC27（3输入或非门）、1片74HCO4D（反相器）、1片74HCO8D（双输入与门）和1片LM358（双运放）、6只大功率场效应管等组成，功率达350W，是一款比较典型的无刷电动车控制器，具有600和120°驱动模式自动切换功能。 电路组成及工作原理 该电路分为电源电路，信号输入与预处理、智能信号处理控制，驱动控制信号功率驱动开关等三部分。CPU（PIC16F72）单片机是智能处理控制部分的核心。PIC16F72的引脚功能描述见304页图中所注。 1.电源电路 该控制器有三组电源。第一组是提供总能源的电池。板子上的电解电容C1（1OOOμ F/63V）、C11（1OOμF/63V）及C1O（μF/63V）用于消除由电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰。由于是工作在大电流、高频率、高温状态下，对电解电容有损耗角小、耐高温的要求，普通的电解电容容易发热爆裂。 第二组电源提供15V电压，一是给场效应管供电，由于场效应管必须有1OV以上、20V 以下的电压才能很好地导通，所以必须有合适的电压为其供电，同时15V电压也为5V稳压块提供预稳压。稳压块为LM317，输出15V。由于LM317的输入输出压差不能超过40V，而输入电压（电池电压）可能高达60V，因此在LM317前面加了一只330Ω/2W的电阻。 第三组电源是5V，稳压块采用LM78LO5，由于78LO5的最大输出电流只有1OOmA，所以并联了两只Ω的电阻R75、R76，以扩流。系统对5V电源的要求比较高，不单单是因为逻辑电路、CPU等的电源电压都不能过高，而且由于CPU的所有AD转换都是以5V电压为基准，所以若5V不准，会出现电流检测、欠电压检测、手柄控制等均不能达到设计要求的情况，甚至不能动作。因此，该电压应严格控制在～。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心，350W的整机电路为例,整机电路如图1： (原文件名:1.gif) 图1:350W整机电路图 整机电路看起来很复杂，我们将其简化成框图再看看： (原文件名:2.gif) 图2:电路框图
电路大体上可以分成五部分： 一、电源稳压，供应部分； 二、信号输入与预处理部分； 三、智能信号处理，控制部分； 四、驱动控制信号预处理部分； 五、功率驱动开关部分。 下面我们先来看看此电路最核心的部分：PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分，因为其他电路都是为其服务或被其控制，弄清楚这部分，其它电路就比 较容易明白。 (原文件名:3.gif)
图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图 我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源：该单片机有28个引脚，去掉电源、复位、振荡器等，共有22个可复用的IO口，其中第13脚是CCP1输出口，可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号，另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口，可提供检测外部电路的电压，一个外部中断输入脚，可处理突发事件。内部软件资源我们在软件部分讲解，这里并不需要很关心。 各引脚应用如下： 1：MCLR复位/烧写高压输入两用口 2：模拟量输入口：放大后的电流信号输入口，单片机将此信号进行A-D转换后经过运算来控制PWM的输出，使电流不致过大而烧毁功率管。正常运转时电压应在0-1.5V左右 3：模拟量输入口：电源电压经分压后的输入口，单片机将此信号进行A-D转换后判断电池电压是否过低，如果低则切断输出以保护电池，避免电池因过放电而损坏。正常时电压应在3V以上 4：模拟量输入口：线性霍尔组成的手柄调速电压输入口，单片机根据此电压高低来控制输出给电机的总功率，从而达到调整速度的目的。 5：模拟/数字量输入口：刹车信号电压输入口。可以使用AD转换器判断，或根据电平高低判断，平时该脚为高电平，当有刹车信号输入时，该脚变成低电平，单片机收到该信号后切断给电机的供电，以减少不必要的损耗。 6：数字量输入口：1+1助力脉冲信号输入口，当骑行者踏动踏板使车前行时，该口会收到齿轮传感器发出的脉冲信号，该信号被单片机接收到后会给电机输出一定功率以帮助骑行者更轻松地往前走。 7：模拟/数字量输入口：由于电机的位置传感器排列方法不同，该口的电平高低决定适合于哪种电机，目前市场上常见的有所谓120°和60°排列的电机。有的控制器还可以根据该口的电压高低来控制起动时电流的大小，以适合不同的力度需求。 8：单片机电源地。 9：单片机外接振荡器输入脚。 10：单片机外接振荡器反馈输出脚。 11：数字输入口：功能开关1 12：数字输入口：功能开关2 13：数字输出口：PWM调制信号输出脚，速度或电流由其输出的脉冲占空比宽度控制。 14：数字输入口：功能开关3 15、16、17：数字输入口：电机转子位置传感器信号输入口，单片机根据其信号变化决定让电机的相应绕组通电，从而使电机始终向需要的方向转动。这个信
电动车控制器原理图解 单片机PICl6F72是目前电瓶车控制器主流控制芯片，配合2只 74HC27(3输入或非门电路)；1只74HC04D(反相器)；1只74HC08D(双输入与门)和一片LM358(双运放)，组成一款比较典型的无刷电瓶车控制器，具有60°和120°驱动模式自动切换功能，其基本组成框图见图l。实物测绘原理图见图2(图中数据除注明外，均为开锁停车状态数据)。 一、电路简介与自检 开通电门锁，48V电瓶直流电经电门锁线输入到控制器，一路经R3、R13、R4等送入U6的③脚作电瓶欠压检测用，另一路送入U13、U14、
U15输出+15V和+5V给IC和末级驱动供电。单片机PICl6F72的⑨、⑩脚外接16MHz晶体，①脚外接R13、C25组成复位电路，电门锁开锁，单片机得电工作后即进入初始化自检状态，它主要检测：1．由R3、R73、R4、R11、C2l等组成的电池欠压检测电路(典型值U6的③脚输入3.8V)。 2．由R5、R6、U1等组成的末级电流检测和过流保护电路(正常值Ul的⑦脚输出0V，①脚输出约3.6V)。 3．转把复位信号(正常值U6的⑥脚输入约0.8V的低电平)。 4．刹车复位信号(正常值U6的⑦脚输入4.8V高电平)。 5．电机霍尔元件检测到的无刷电机相位信号(正常时至少有一根霍尔线输入为4.1V，其他为0V)。 自检后的状态由LED2显示结果，以下是参照值(具体显示与单片机的程序设计有关)。 闪l停l--自检正常通过 闪2停l--欠压 闪3停l--LM358故障 闪4停1--电机霍尔信号故障
闪5停l--下管故障 闪6停l--上管故障 闪7停1--过流保护 闪8停l--刹车保护 闪9停1--手把地线断开 闪10停1--手把信号和手把电源线短路 闪l停11--上电时手把信号未复位 若自检正常通过，当转动转把时，U6根据转把输出电压的大小，将相应脉冲宽度的载波信号与三路驱动上下管的换相导通信号混合，从而达到控制无刷电机速度的目的，不同的速度对应不同的电机电流，同时行驶速度与电机换相频率成正比。 电路中，末级功率管V1和V2，V3和V4分别为无刷电机U相的上、下路驱动管；V5和V6，V7和V8分别为无刷电机V相的上、下路驱动管；V9和V10，Vll和V12分别为无刷电机W相的上、下路驱动管。U2为下管驱动IC，U4为上管驱动IC；U3、U5为上、下管R55、R56(康铜丝)串接在末级功率管的地线上，因而末级功率管的电流变化会在R55、R56上产生压降，所以由R5、R6和Ul等组成的电流检测电路可以随时检测无刷电机电流的大小，避免过流损坏电机。由R3、R73、R4、R11、C21、
电动车控制器接线图 电动车控制器接线说明 1．电源输入 粗红色线为电源正端 黑色线为电源负端 细橙色线为电门锁 2．电机相位（u、v、w输出） 粗黄色线为U 粗绿色线为V 粗蓝色线为W 3．转把信号输入 细红色线为+5V电源 细绿色为手柄信号输入 细黑色线为接地线 4．电机霍耳（A、B、C输入） 细红色线为+5V电源 细黑色线为接地线 细黄色线为 A 细绿色线为 B 细蓝色线为 C 5．刹车（柔性EABS+机械刹） 细黄色线为柔性EABS； 细蓝色线为机械刹（高电平刹车：+12V） 细黑色线为接地线（低电平刹车） 6．传感器 细红色线为+5V电源 细黑色线为接地线 细绿色线为传感器信号输入 7．仪表（转速）：细紫色线 8．巡航：细棕色线 9．限速：细灰色线 10．自动识别开关线：细黄色线 PIC16F72智能型无刷电动车控制器使用方法和注意事项 1、在接线前先切断电源，按接线图所示连接各根导线； 2、该控制器应安装在通风、防水、防震部位。 3、控制器限速控制插头应放置容易操作的地方。 4、控制器接插件应接插到位，禁止将控制器电源正负极反接（即严禁粗红、细橙和粗黑；细红和细黑接反）。 5、电机模式自动识别：正确接好电动车控制器的电源、转把、刹把等线束，,将电机识别模式开关线（细黄）短接，打开电门锁，使电机进入自动识别状态，若电机反转则按一下刹车即可使电机正向转动，在控制器识别电机模式10秒后
将电机识别模式开关线（细黄）直接断开即可完成电机模式自动识别。 6、1+1助力方向调整：在通电状态，将调速电阻从最大值调到最小值，再回到原始状态后，可将1+1助力的方向从正向模式切换到反向模式，再调整一次可从反向模式切换到正向模式，并将最终的模式存入单片机。