基于AVR單片機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計方案。該控制器以Atmel公司的AVR單片機為控制核心，H橋電路作為直流電機驅動器，使用者通過搖桿操控電動代步車的速度和轉向。控制器的軟件部分由系統自檢、搖桿位置檢測和電機運動3大部分組成，并靈活使用系統時標，事件觸發機制和有限狀態機等編程新方法，以確保系統的安全性和穩定性。實踐表明，該電動代步車控制器能夠實現多種故障診斷功能，電機啟動和停止時運行平穩，搖桿操作靈活，系統整體性能良好，能夠滿足實際使用要求。
關鍵詞：代步車；微處理器；直流電機；搖桿

本世紀將是一個人口老齡化程度越來越高的世紀，老年人和殘疾人的護理將是社會的一個沉重負擔。據老齡委統計結果顯示，2004年底，中國60歲及以上老年人口為1．43億，2014年將達到2億，2026年將達到3億，老齡人口的規模將越來越大。同時在我國人口中有8 296萬殘疾人，占全國總人口的比例為6．34％，其中肢體殘疾人數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。
隨著科學技術的迅速發展和人民的生活水平的不斷提高，手動輪椅逐漸被性能優越、操作簡單、行駛安全的電動代步車所替代。電動代步車的出現除了能滿足老年人或殘疾人室內外活動的要求之外，還在醫療康復中發揮著越來越大的作用。例如，腿部骨折的患者可以在康復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自由活動。電動代步車作為醫療康復工具時也將增加若干功能，例如使用者可以通過調整座椅和靠背的角度，在電動代步車的幫助下實現平躺或站立等不同姿勢。
電動代步車使用蓄電池作為能源，以直流電動機作為執行機構，安全可靠。老年人、殘疾人或者康復者只需要控制搖桿就可以控制電動代步車的運動速度和方向，學習簡單，操作方便，無需他人看護，這些特點可以很好的擴大使用者的運動空間，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。控制器必須具有一定的故障診斷功能，能夠自動排除故障或將故障所帶來的后果減小到最低程度。為了造福萬家，開發一款性能穩定、功能完善、價格低廉的電動代步車通用控制器尤為重要。

1 系統構成
電動代步車大致可以分為4類：室內型，庭院型，功能型和道路型。室內型電動代步車操作輕巧靈活，適于室內使用；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療康復使用，功能較多；道路型電動代步車動力較強，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。
電動代步車的機械結構延續了傳統輪椅車的機械結構，體現出人性化，具有舒適性和便攜性，同時為了配合電動代步車的特性，在傳統的機械結構上加裝了一些減震部件，使得運行更舒適平穩。
如圖1所示，電動代步車主要由座椅、車架、驅動后輪、導向前輪、蓄電池、電子控制器構成。座椅固定在車架上，驅動后輪一般設置在座椅后部，轉向前輪一般設置在椅座前部，蓄電池設置在椅座下方兩個驅動后輪之間，電子控制器設置在椅座的扶手上。

圖2為電動代步車控制器結構示意圖，主要包括微控制器、電機驅動電路、搖桿檢測電路以及人機對話接口等。為了有效保護和監控電機的運轉，提高電動代步車的安全性能，還加入了電源電壓檢測接口、電機電流檢測、充電器檢測接口等功能。