人口最多的国家正面临世界各国从未遇过的场人口危机，即不远的将来我们国家有劳动能力的人的数量要大幅度减少，而需要照顾的高龄者的人数将要增加。此外随着科技的进步工业的发展环境的污染交通的紧张，使得意外事故频繁发生，残疾人数还在急剧增加，我国的残疾人口每年以七十至八十万的速度增长，就是说，每天增加二千多名残疾人，每四十秒钟左右就要增加名残疾人。硬件系统概述控制手柄设计陈新人性化轮椅设计控制系统设计人性化轮椅的动力及制动机构动力机构的组成制动机构的组成及结构电池及充电器电池的选用充电器的选用其它附属设备本章小节人性化轮椅控制系统设计基于单片机的系统控制策略研究控制系统的整体构成系统主要控制策略概述故障检测与控制策略概述故障检测与系统保护核心控制器件的选择系统硬件设计与实现人性化轮椅控制系统设计基于单片机的系统控制策充电器的选用其它附属设备本章小节部分内容简介设计扶手设计脚托设计陈新人性化轮椅设计控制系统设计人性化轮椅的动力及制动机构动力机构的组成制动机构的组成及结构电池及充电器电池的选用充电器的选用其它附属设备本章小节人性化轮椅控制系统设计基于单片机的系统控制策略研究控制系统的整体构成系统主要控制策略概述故障检测与系统保护核心控制器件的选择系统硬件设计与实现硬件系统概述控制手柄设计推手及其传感器设计无线遥控装置设计预留的其它设备控制接口接口电路输出电路设计电池电压检测单元速度检测单元各辅助设备控制设计系统硬件可靠性设计系统软件设计系统软件设计概述程序的设计软件的可靠性设计本章小结系统调试与运行分析系统软硬件调试霍尔位置传感器位置信号的调试软件运行环境模拟调试实验结论与建议本章小结结论致谢参考文献附录附录陈新人性化轮椅设计控制系统设计前言前几年由于我们国家实行了独生子女政策，所以预测年高龄者人数将达到百分之三十。在未来几年内我国将不可避免的要面对困扰西方国家多年的人口老龄化问题，据调查在未来三年内老龄人口将达三亿。人口迅速老化，已成为制约经济我国社会发展的枚定时炸弹。专家普遍认为，我国这个全球人口最多的国家正面临世界各国从未遇过的场人口危机，即不远的将来我们国家有劳动能力的人的数量要大幅度减少，而需要照顾的高龄者的人数将要增加。此外随着科技的进步工业的发展环境的污染交通的紧张，使得意外事故频繁发生，残疾人数还在急剧增加，我国的残疾人口每年以七十至八十万的速度增长，就是说，每天增加二千多名残疾人，每四十秒钟左右就要增加名残疾人。到目前为止，数据显示按照年抽样调查的标准，我国的残疾人口都已经突破六千万，这其中很大部分是丧失行走能力的人，这些残疾人的权益也需要得到保障，残疾群体的特殊需求需要得到社会的关注。以上所有这些无论是高龄者还是残疾者在丧失行走能力的情形下显然对我国经济的未来发展是非常不利的。为了节省劳动力，让有劳动能力的人为国家作贡献创造社会财富，就应该使需要照顾的高龄者肢体残疾者在衣食住行等方面尽可能自立。因此基于这样的考虑，对于这方面的基础研究和产品设备开发将成为我们国家未来经济发展的重要课题。其中电动轮椅是个重要的研究课题。电动轮椅的使用者是不能正常走路的残疾人或脑部腿脚疾病的患者，当然，它也可以作为代步工具，用在高尔夫球场等诸多场合现在市场上有很多电动轮椅，能实现很多普通轮椅不能完成的功能，但是，他们多数是在现有普通轮椅的基础上增加了电动动力的功能和控制系统，功能单，很难满足使用者的些特殊需要。而它们的价格在元不等。那么，功能强大，成本较低的轮椅就有很大的市场空间。我在现有电动轮椅基础上将其功能进行改进，使其更加人性化，更适合使用者及市场的需要。人性化轮椅概述本章反向驱动右侧电机将两值叠加，根据运算后的值反向驱动左侧电机返回主程序将两值叠加，根据运算后的值反向驱动右侧电机将两值相减，根据运算后的值反向驱动左侧电机返回主程序手柄对单片机输入信号图手柄信号数据运算程序框图РисунокДиаграммапрограммыданнымпосигналаручкиидущая采样初始化检测前后输入端输入信号是否为前是否为右是否检测左右输入端输入信号否是驱动右侧电机，并以半倍电流驱动左侧电机返回主程序检测左右输入端输入信号是否为右否是反向驱动右侧电机，并以半倍电流反向驱动左侧电机是否为左是驱动左侧电机，并以半倍电流驱动右侧电机返回主程序否等速驱动左右电机返回主程序是否为后否是返回主程序是否为左反向驱动左侧电机，并以半倍电流反向驱动右侧电机返回主程序等速反向驱动左右电机返回主程序否是是否为右否是正向驱动左侧电机，并反向驱动右侧电机返回主程序是否为左正向驱动右侧电机，并反向驱动左侧电机返回主程序是返回主程序遥控装置对单片机输入信号图遥控信号数据运算程序框图РисунокДиаграммапрограммыданнымпосигналадистанционногоуправленияидущая软件的可靠性设计软件的可靠性对于整个系统的稳定运行是很重要的。尤其当系统受到干扰时，软件要及时处理故障，并自动回到正确运行状态。本系统程序设计采用了按功能细分成不同的模块的设计方法，这样程序结构清晰，为差错奠定了基础。通过调试，可方便地找到。模块化设计使子程序之间没有相互等待的依赖关系，也大大减轻了程序的死锁可能性。另外，编程的时候养成给程序加注释的习惯很重要，这样为以后程序的升级改进提供了方便。本文的中断有中断，外部响应中断，故障检测中断。将速度调节作为个子函数调用放在中断里，是充分利用了单片机可执行中断嵌套的优点。般当响应个中断请求后，会自动将全局中断允许位自动清零，则后续中断的响应会被屏蔽，只有当中断返回时，全局中断允许位会自动置，以允许下个中断。单片机允许用户在中断处理程序中将全局中断允许位置，打开中断响应，这样就可以再次响应中断。值得注意的是，单片机在响应中断及从中断返回时，不会对状态寄存器进行自动保存和恢复，因此要用软件做好保护现场与恢复现场的工作，以保证程序的正确执行。由于干扰，程序有时会跳转到未知区域，是系统的控制出现混乱，这种现象称之为程序跑飞，为此，在程序空间中的未用区域设计软件陷阱，旦程序跑飞，落入软件陷阱，将强制使程序复位，恢复到正常状态。但有时尽管采用了各种方法，还会有些因素使程序在进入软件陷阱之前就陷入死锁，这时可利用内部的硬件看门狗产生复位信号。只要在程序初始化时使能看门狗，它就周而复始的运行，不过，要在正常的程序代码的合适位置，插入段复位看门狗的指令，这样系统既不会由于死锁而无法解脱，也不会使正常运行的程序被打断。本章小结本章简述了单片机的发展状况，详细介绍了本系统采用的新款单片机的功能特性结合其控制特点设计了本系统的整体结构，并对各环节的控制策略进行了详细的分析与探讨。概述了系统硬件的组成，根据功能的不同，将几个关键控制电路的设计思想做了详细介绍，还对硬件的可靠性设计进行了讨论。结合了单片机的编程特性对系统的软件设计思想进行了分析，详细介绍了主程序及几个主要的功能模块的实现方法重点论述了速度换向控制的软件设计并就本文实际应用介绍了软件可靠性设计的重要性。陈新人性化轮椅设计控制系统设计系统调试与运行分析系统软硬件调试本实验对硬件电路和软件编程的调试都是按照简单到复杂，模块到系统的基本思路来执行的，以下简要论述在调试过程中的遇到的些有价值的问题及解决方法。霍尔位置传感器位置信号的调试霍尔位置传感器需要系统提供的直流电压。在开始调试时，由于其使用手册给出的功能说明不是很详细，设计的电路无法检测到正常的波形。经过分析，判断该传感器是集电极开路输出，于是设计了信号上拉电路，解决了这个问题，得到较好的位置方波。为了进步消除方波上因高频干扰引入的毛刺，在每路加入简单的电容滤波，电容值取级，得到了平滑的波形。如图所示，霍尔位置传感器信号是三路脉宽的空间互差电角度的矩形波。图霍尔位置传感器波形РисунокПроильдатчикаположения软件运行环境本设计使用对部分程序进行调试。其界面如图。图编译环境РисунокОкружащаясредаперевода模拟调试首先在集成环境中通过输入源程序编译修正单步执行断点执行全速执行等过程观察程序执行到制定位置的结果，将软件的逻辑结构关系调试正确。然后是软件于硬件相结合的模拟调试过程，通过控制硬件电路的输出来实现控制器软件的设计功能。硬件电路板在设计制作过程中难免出现，在调试过程中可以发现并解决问题。这阶段软件的许多参数如各转换器在没有输入信号时的初始值等都要加以修正，并且要设计软件相应寄存器的值通过程序运行来验证控制信号逻辑与输出值。实验结论与建议通过实验和分析，可得到以下结论本文提出的基于单片机控制的电动自行车控制系统的设计方案是可行的，能实现快速精确的调速，且系统可靠性强，调试方便，升级换代容易。控制电路的逆变桥调制能实现电机电压电流对称，纹波小，转矩脉动小，但开关损耗大不对称半桥调制电压电流波形不对称，转矩脉动大，但开关损耗小对称半桥陈新人性化轮椅设计控制系统设计调制既能实现电压电流波形对称，转矩脉动和开关损耗都小，是理想的调制方式。进步研究的建议由于时间关系，电机制动时的能量回馈控制设想尚未实现，可以在今后的研究中继续深入这问题，它的实现对电动自行车以至电动汽车的研究都很有意义的。如果要将本设计进步向产品化转换，需要合理的设计系统的显示部分，这可以在很大程度上方便用户的使用。对于位置检测问题，还可以利用软件来实现位置检测，从而省去位置传感器，降低成本，提高可靠性。本章小结本章对系统在硬件调试过程中所遇到的些故障现象和解决方法做了简要的说明然后介绍了软