一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统。
[0002] 本发明还设及移动小车的控制方法，尤其设及一种基于二维霍尔摇杆的智能电动 轮椅控制方法。
【背景技术】
[0003] 随着电子技术及能源技术的发展，电动车技术获得了飞速的发展，并大规模的应 用到我们的日常生活中，各类电动车奔驰在大街小巷上。电动轮椅车，对于一些老年人群 或有残疾的人群来说，被认为是现在最理想的代步工具，尤其是日益严重的老龄化使电动 轮椅成为老年人的生活必需品。对于手部功能弱，不能使用普通机械轮椅，或者虽然能够使 用，但远距离运动时体力不能负担的，并随着伤残者对回归社会及独立生活渴望的增长，促 使轮椅不断完善提高性能和质量，电动轮椅车应运而生。在欧美等经济发达国家，老年人， 残疾人专用的手动轮椅已逐渐被淘汰，取而代之的是性能优越，操作简便，行驶更安全可靠 的智能型电动轮椅。由于我国经济迅速发展和人民生活水平在不断的提高，我国对电动轮 椅也有了十分旺盛的需求。由于智能电动轮椅主要面向的是老年人、行动不便人±，对其操 控性和安全性提出更高的要求。
[0004] 基于霍尔效应的二维霍尔摇杆操作方便、线性度好、工作稳定性高，逐渐成为电动 车轮椅手柄摇杆中的主流设备。电动轮椅一般采用双电机驱动两轮随动的结构方式，而建 立相匹配的稳定可靠的控制方法就变成了产品成功的重要因素了。
【发明内容】
[0005] 本发明需要解决的技术问题是提供一种高效便捷的基于二维霍尔摇杆的智能电 动轮椅控制系统。
[0006] 本发明还需要解决的技术问题是提供一种高效便捷的基于二维霍尔摇杆的智能 电动轮椅控制方法。建立电动轮椅运动模型，建立最优电动轮椅速度控制输出指令，提高电 动车操控舒适性，行驶安全性。
[0007] 为解决本发明的技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0008] 一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统，它包括AVR单片机处理器、二 维霍尔摇杆、雷达测距传感器、控制开关、电池供电、电子刹车及配套的电机驱动器;AVR单 片机处理器作为电动轮椅控制处理单元，其用于读取霍尔摇杆信号、雷达测距传感器数据、 输出控制开关指令、电子刹车及电机驱动器指令。
[0009] 所述AVR单片机处理器为8位微控制器。其外设丰富，性能稳定，性价比高。
[0010] 一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制方法，二维霍尔摇杆作为智能轮椅运 动控制方向手柄，根据二维霍尔摇杆输出信号（x，y)建立电动轮椅车运动模型函数，速度V =n(X，y)，方向 0 =f2 (X，y);
[0011] 智能电动轮椅前端和后端分别布置两个雷达测距传感器，设定电动车行驶安全距 离S=f(V)，当测量到安全距离内有障碍物时，控制电机驱动器及电子刹车进行紧急制动， 最后输出控制开关指令；
[0012] 控制开关指令包括启停、加减速或卿趴。
[0013] 本发明的有益效果：基于霍尔效应的二维霍尔摇杆操作方便、线性度好、工作稳定 性高，AVR单片机处理器读取霍尔摇杆信号、雷达测距传感器数据、输出控制开关指令、电子 刹车及电机驱动器指令，当测量到安全距离内有障碍物时，控制电机驱动器及电子刹车进 行紧急制动，反应快，安全性高。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明智能电动轮椅控制系统框图。
[0015] 图2为本发明霍尔摇杆输出信号示意图。
[0016] 图3a为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（向前右转的情况）。
[0017] 图3b为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（向前左转的情况）。
[001引图3c为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（向后右转的情况）。
[0019] 图3d为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（向后左转的情况）。
[0020] 图3e为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（原地右转的情况）。
[0021] 图3f为本发明摇杆位置与电动车控制运行方向示意图（原地左转的情况）。
[0022] 图4为本发明前轮驱动式电动车运动模型。
[0023] 图5为本发明雷达测距传感器信号图。
[0024] 其中，UAVR单片机处理器，2、二维霍尔摇杆，3、雷达测距传感器，4、控制开关，5、 电池供电，6、电子刹车，7、电机驱动器。
【具体实施方式】
[00巧]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。W下实施例仅用于说明本发 明，不用来限制本发明的保护范围。
[00%] 图1所示，本发明的一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统，它包括AVR单片机处理器1、二维霍尔摇杆2、雷达测距传感器3、控制开关4、电池供电5、电子刹车6及 配套的电机驱动器7 ;AVR单片机处理器1作为电动轮椅控制处理单元，其用于读取霍尔摇 杆信号、雷达测距传感器数据、输出控制开关指令、电子刹车及电机驱动器指令。
[0027] AVR单片机处理器1是一款8位微控制器。其外设丰富，性能稳定，性价比高。
[0028] 本发明的一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制方法，具体如下：
[0029] 1)智能电动轮椅供电电池一般采用24V或者48V铅酸电池或者裡电池，而AVR单 片机处理器1、二维霍尔摇杆2、雷达测距传感器3都是5V供电设备。采用URH4805P-6WR3 型DCDC电源模块获得稳定的DC5V电源。
[0030] 2)二维霍尔摇杆2采用DC5V供电，两个模拟量输出端（0~5V)，输出信号如图2 所示，X轴表示摇杆左右方向，y轴表示前后方向。当摇杆推到最左侧时，X轴输出为OV;当 摇杆推到最右侧时，X轴输出为5v;当摇杆推到最下侧时，y轴输出为Ov;当摇杆推到最上 侧时，y轴输出为5V;当摇杆处于中间时，X轴和y轴都为2. 5v。通过单片机AD端口直接 读取运两个模拟量。如图3a、图3b、图3c、图3d、图3e、图3f所示，即为霍尔摇杆推向不同 位置时，电动轮椅实际运行的方向示意图。
[0031] 3)建立电动轮椅运动模型
[0035] 其中N为电机额定转速，i为电机减速比，R为车轮直径，0为电动轮椅车转向角 度，n为控制电机输出转速，当摇杆向上是n为正，摇杆向下是n为负。
[0036] 4)根据图4所示的电动车运动模型，结合（1)似做公式得到两驱式电动轮椅的 两侧电机输出转速关系式
[0039] ni为左轮A1对应电机输出转速，n2为左轮A2对应电机输出转速。
[0040] 5)图5所示，AVR单片机处理器的IO端口读取雷达测距传感器数据，单片机输出 一个tl(大于IOus)时长的高电平脉宽到雷达传感器输入端口TRIG后，读取雷达输出端口 EOlO的脉宽。测得障碍物距离
[0042] d单位为cm,。单位为US。
[0043] 6)安全距离
，其中a为驱动器加减速度，当测得d<s时，单片机控制驱动 器自动减速，开启电子刹车。
[0044] 运种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制方法，先建立电动轮椅运动模型，从 而建立最优电动轮椅速度控制输出指令，提高电动车操控舒适性，行驶安全性，操作方便、 工作稳定性高。
【主权项】
1. 一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统，其特征在于：它包括AVR单片机 处理器、二维霍尔摇杆、雷达测距传感器、控制开关、电池供电、电子刹车及配套的电机驱动 器；AVR单片机处理器作为电动轮椅控制处理单元，其用于读取霍尔摇杆信号、雷达测距传 感器数据、输出控制开关指令、电子刹车及电机驱动器指令。2. 根据权利要求1所述的一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统，其特征在 于：所述AVR单片机处理器为8位微控制器。3. 根据权利要求1所述的一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制方法，其特征在 于：二维霍尔摇杆作为智能轮椅运动控制方向手柄，根据二维霍尔摇杆输出信号（X，y)建 立电动轮椅车运动模型函数，速度^ = ：?1(1，7)，方向9=：^(1，7); 智能电动轮椅前端和后端分别布置两个雷达测距传感器，设定电动车行驶安全距离S=f(v)，当测量到安全距离内有障碍物时，控制电机驱动器及电子刹车进行紧急制动，最后 输出控制开关指令； 控制开关指令包括启停、加减速或喇叭。
【专利摘要】本发明公开了一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制系统，它包括AVR单片机处理器、二维霍尔摇杆、雷达测距传感器、控制开关、电池供电、电子刹车及配套的电机驱动器；AVR单片机处理器作为电动轮椅控制处理单元，其用于读取霍尔摇杆信号、雷达测距传感器数据、输出控制开关指令、电子刹车及电机驱动器指令。本发明还公开了一种基于二维霍尔摇杆的智能电动轮椅控制方法。基于霍尔效应的二维霍尔摇杆操作方便、线性度好、工作稳定性高，AVR单片机处理器读取霍尔摇杆信号、雷达测距传感器数据、输出控制开关指令、电子刹车及电机驱动器指令，当测量到安全距离内有障碍物时，控制电机驱动器及电子刹车进行紧急制动，反应快，安全性高。
【IPC分类】A61G5/10, A61G5/04
【公开号】CN105342772
【申请号】CN201510799447
【发明人】周继强, 王丽峰, 张孝勇, 倪林轩, 陈磊, 杨宛璐
【申请人】江西洪都航空工业集团有限责任公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月19日