CN103257607A - 多能源供给、多功能老人代步车控制系统 - Google Patents

多能源供给、多功能老人代步车控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多能源供给、多功能老人代步车控制系统，属于老人代步车，现有代步车与使用者不能很好的进行人机交互、功能比较单一，本发明具有多种能源供给可选，采用TFT触摸屏显示，人机交互界面清楚，实时显示车辆的运行状态包括前进、后退等以及电池检测状态；实时显示万年历，对老年人在外面行驶带来很大的便利；实时显示环境温湿度，让老年人出外活动有备而来；实时速度显示，让老年人骑得放心；具有先进的防盗报警功能，能实时追踪代步车的地理位置，确保不丢失，保证经济利益。采用嵌入式系统设计，为软硬件件功能的拓展和升级提供了很大的便利。

Description

多能源供给、多功能老人代步车控制系统
技术领域
本发明属于老人代步车，具体是多能源供给、多功能老人代步车控制系统。
背景技术
近年来，老人代步车作为最高时速为9公里的老人代步工具，在国内外已经迅猛的发展起来。市面上流行的老人代步车主要采用铅酸蓄电池供电，人机交互界面采用按键实现，与使用者不能很好的进行人机交互，同时提供的功能比较单一，主要是前进、后退、左拐、右拐、喇叭报警等功能。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有老人代步车与使用者不能很好的进行人机交互、功能比较单一的缺陷，提供一种多能源供给、多功能老人代步车控制系统。
为达到上述目的，本发明的多能源供给、多功能老人代步车控制系统包括：
采用ARM系统设计的嵌入式系统控制单元；
作为人机交互界面的TFT触摸屏；
速度测量单元，其包括实时速度测量单元以及最大速度设置单元，所述的实时速度测量单元通过霍尔传感器与固定在代步车前轮的四个磁钢的配合按照单位时间由ARM系统从霍尔传感器监测的脉冲数计算代步车实时速度并将该实时速度显示在所述的TFT触摸屏；所述的最大速度设置单元按照设置速度对应的电压范围通过ARM系统检测电压值计算设置的最大速度并将该设置的最大速度显示在所述的TFT触摸屏；
时钟测量单元，其依据ARM系统的RTC功能，通过所述的TFT触摸屏修改、显示当前的时钟，并写入RTC单元，实现万年历的设置；
温、湿度测量单元，其包括温度传感器、湿度传感器，通过ARM系统对温度传感器、湿度传感器的控制实现对环境的温、湿度的测量并显示在所述的TFT触摸屏；
可选的燃料电池管理单元电路，其包括嵌入式系统控制单元、电压电流传感器、信号变换处理电路、流量压力传感器、温度湿度传感器、氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，所述的电压电流传感器、流量压力传感器、温度湿度传感器的信号经信号变换处理电路处理后发送给嵌入式系统控制单元，嵌入式系统控制单元控制氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，在所述的TFT触摸屏上实时显示燃料电池的总电压、总电流；
可选的锂电池管理单元电路，其包括ARM系统电路、单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路，所述的单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路的信号经ARM系统电路处理后将锂电池的总电压、总电流以及SOC状态显示在TFT触摸屏；
可选的蓄电池管理单元电路，其通过ARM系统检测蓄电池的电压、电流并显示在TFT触摸屏上。
作为优选技术手段：所述的时钟测量单元外接纽扣锂电池。
所述的最大速度设置单元通过电位器调节设置的最大速度。
作为优选技术手段：所述的嵌入式系统控制单元上连接有防盗功能单元电路，该防盗功能单元电路具有一振动传感器，代步车被偷盗时，驱动振动传感器报警，通过ARM系统将代步车的GPS定位数据信息通过CDMA接口发送到使用者的手机上。
作为优选技术手段：所述的嵌入式系统控制单元上连接有SOS模块，通过触摸TFT上的SOS按钮将急救信号从内置的CDMA无线模块发出通知家人或医辽中心。
作为优选技术手段：所述的ARM系统包括ARM处理器、RS232模块、TFT模块、电源模块、触摸屏模块、SD&FLASH模块、CAN模块，所述的电源模块对电源的电压进行调整，为ARM处理器和各个模块供电，所述的RS232模块利用串口使开发板与PC、GPS、CDMA可以通信，所述的触摸屏模块对数据进行显示及控制，所述的SD&FLASH模块为开发板提供外部存储设备，所述的CAN模块利用CAN协议经行数据通信，实现对锂电池管理单元电路及燃料电池管理单元电路的管理。
作为优选技术手段：所述作为人机交互界面的TFT触摸屏界面分行显示，第一行显示万年历及温湿度；第二行显示代步车瞬时的电压和电流；第三行显示速度；第四行显示代步车的状态，包括前进、后退、左拐、右拐、禁行、欠压；第五行是报警、禁行的触摸按钮；第六行是左转、右转的触摸按钮。
本发明的有益效果是：
（1）采用TFT触摸屏显示，人机交互界面清楚，实时显示车辆的运行状态包括前进、后退等以及电池检测状态；
（2）实时显示万年历，对老年人在外面行驶带来很大的便利；
（3）实时显示环境温湿度，让老年人出外活动有备而来；
（4）实时速度显示，让老年人骑得放心；
（5）具有先进的防盗报警功能，能实时追踪代步车的地理位置，确保不丢失，保证经济利益。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明ARM系统原理框图；
图3是本发明锂电池管理单元电路原理框图；
图4是本发明燃料电池管理单元电路原理框图；
图5是本发明防盗功能单元电路原理框图；
图6是本发明人机交互界面示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，如图1所示，其包括：
采用ARM系统设计的嵌入式系统控制单元；
作为人机交互界面的TFT触摸屏；
速度测量单元，其包括实时速度测量单元以及最大速度设置单元，实时速度测量单元通过霍尔传感器与固定在代步车前轮的四个磁钢的配合按照单位时间由ARM系统从霍尔传感器监测的脉冲数计算代步车实时速度并将该实时速度显示在TFT触摸屏；最大速度设置单元按照设置速度对应的电压范围通过ARM系统检测电压值计算设置的最大速度并将该设置的最大速度显示在TFT触摸屏；
时钟测量单元，其依据ARM系统的RTC功能，通过TFT触摸屏修改、显示当前的时钟，并写入RTC单元，实现万年历的设置；
温、湿度测量单元，其包括温度传感器、湿度传感器，通过ARM系统对温度传感器、湿度传感器的控制实现对环境的温、湿度的测量并显示在TFT触摸屏；
可选的燃料电池管理单元电路（参见图4），其包括嵌入式系统控制单元、电压电流传感器、信号变换处理电路、流量压力传感器、温度湿度传感器、氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，电压电流传感器、流量压力传感器、温度湿度传感器的信号经信号变换处理电路处理后发送给嵌入式系统控制单元，嵌入式系统控制单元控制氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，在TFT触摸屏上实时显示燃料电池的总电压、总电流，根据电池发电系统进行控制策略研究中提出的温度、湿度、压力以及流量的测量要求，选择相应的传感器来实现相应物理量的测量，在触摸屏上实时显示燃料电池的总电压、总电流，当出现电压不足时提醒使用者及时充气或换气瓶，保证能源的正常供给；
可选的锂电池管理单元电路（参见图3），其包括ARM系统电路、单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路，单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路的信号经ARM系统电路处理后将锂电池的总电压、总电流以及SOC状态显示在TFT触摸屏，通过ARM系统实现锂电池的单片电池电压的测量，保证锂电池的电压、电流均衡，防止出现单片电池过流、过热现象，保证锂电池的安全稳定运行，如果总电压欠压或出现单片电池过流现象，将实时显示该信息在触摸屏上，提醒使用者及时充电；
可选的蓄电池管理单元电路，其通过ARM系统检测蓄电池的电压、电流并显示在TFT触摸屏上，如果欠压，可以将电量不足的信息显示在TFT触摸屏，提醒使用者及时充电。
本发明具有多种能源供给可选，多种能源供给可以让使用者兼顾费用以及节能环保的要求。从费用上铅酸电池最便宜，但污染严重，需要回收处理，而且生产地有很重的铅污染，不久的将来必将会被取缔。锂电池费用较贵，但污染少，不节能。燃料电池费用最贵，但零污染，节能环保，随着纳米技术以及材料技术的提升，燃料电池的价格也将逐步降低，是将来主要能源的发展趋势。
具体实施时，可以采用以下技术手段。
第一，时钟测量单元外接纽扣锂电池，保证代步车断电时时钟正常运行，再次加电时，时钟将不需要调整。
第二，最大速度设置单元通过电位器调节设置的最大速度。方便使用者根据自身情况设置最大的速度，保证行车安全。
第三，嵌入式系统控制单元上连接有防盗功能单元电路（参见图5），该防盗功能单元电路具有振动传感器、GPS模块、CDMA无线模块，代步车被偷盗时，驱动振动传感器报警，通过ARM系统将代步车的GPS定位数据信息通过CDMA接口发送到使用者的手机上，对代步车定位跟踪，确保代步车的安全。通信单元采用CDMA无线模块来实现。CDMA无线模块作为终端的无线收发模块，把单片机接收到的数据信息进行编码后以短信息的格式发送出去。CDMA的无线模块采用MG801A模块，MG801A—CDMA无线模块是内景软件支持CDMA2000 1X REVO标准和GoTa协议的工业级应用模块，工作频段为800 MHz。能完成语音、数据、传真、短信息服务以及多种附加业务的功能。具有容量大、辐射小、低功耗、体积小等特点。
第四，嵌入式系统控制单元上连接有SOS模块，如果老人外出突发状况，通过触摸FT触摸屏上的SOS按钮将急救信号从内置的CDMA无线模块发出通知家人或医辽中心。
第五，ARM系统（参见图2）包括ARM处理器、RS232模块、TFT模块、电源模块、触摸屏模块、SD&FLASH模块、CAN模块，电源模块对电源的电压进行调整，为ARM处理器和各个模块供电，RS232模块利用串口使开发板与PC、GPS、CDMA可以通信，触摸屏模块对数据进行显示及控制，SD&FLASH模块为开发板提供外部存储设备，CAN模块利用CAN协议经行数据通信，实现对锂电池管理单元电路及燃料电池管理单元电路的管理。
本发明作为人机交互界面的TFT触摸屏界面分行显示（参见图6）：第一行显示万年历及温湿度，当用户触摸该区域，可以进入万年历修改设置界面。界面第二行显示代步车瞬时的电压和电流，以便及时监控电池以及电机耗电等的工作状态，界面第三行显示速度1表示即时速度，速度2表示设置最大速度。界面第四行显示代步车的状态，包括前进、后退、左拐、右拐、禁行、欠压等代步车信息。第五行是触摸按钮，左边如果被触摸，代步车将报警。右边被触摸，代步车将禁行。第六行也是触摸按钮，左边如果被触摸，代步车将左拐，同时显示左拐状态，右边如果被触摸，代步车将右拐，同时显示右拐状态。
本发明还可以采用以下手段：通过内部A/D实现各种能源供给方式下的电压、电流的检测。通过内部的定时器/计数器实现霍尔传感器的脉冲计数，实现速度的测量。通过对RTC的软件编程实现万年历的显示和修改界面，如界面的底色为黑色，大字的变换颜色来显示时间，接着显示CPU的温度，最后显示当前月份的日历，日历边上有3个按键，返回键，上翻键和下翻键，用于查看其他月的日历，当在大字显示的时间处按下时，会跳出修改时间窗口，选择“YES”或“NO”来确定是否修改时间及日期。
温湿度测量采用SHT10与ARM接口进行测量和显示温湿度。温湿度计算如下：由于SHT10是采用PTAT能隙材料制成的温度敏感元件，其具有很好的线性输出。可
通过如下公式（1）将真实的温度值算出：
Figure 48733DEST_PATH_IMAGE002
                      （1）
式中：
Figure 28190DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 807927DEST_PATH_IMAGE006
为特定系数，
Figure 265454DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 79826DEST_PATH_IMAGE006
的取值与温度分辨率有关，其对应关系如表1所示。
表1 温度校正系数
Cout d1 d2
14Bit(5V) -40 0.01
12Bit(5V) -40 0.04
对湿度而言，SHT10可通过DATA数据总线直接输出数字量湿度值。该湿度为“相对湿度”，需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，因此为了补偿湿度传感器的非线性，可按公式（2）修正湿度值：
                  
Figure 982183DEST_PATH_IMAGE008
              （2）
式中：为经过线性补偿后的湿度值，
Figure 510434DEST_PATH_IMAGE012
为相对湿度测量值，
Figure 179312DEST_PATH_IMAGE014
、、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为线性补偿系数，和湿度分辨率有关。
由于温度对湿度的影响十分明显，而实际温度和测试参考温度25℃有所不同，所以对线性补偿后的湿度值进行温度补偿很有必要。补偿公式如下：
              
Figure DEST_PATH_IMAGE020
            （3）
式中：为经过线性补偿和温度补偿后的湿度值，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为测试湿度值时的温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为湿度补偿系数，和湿度分辨率有关。
Figure 176273DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 975602DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 498987DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 991148DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 232774DEST_PATH_IMAGE028
的对应关系如表2所示。
表2 湿度校正系数
Hout C1 C2 C3 t1 t2
12Bit -4 0.0405 -2.8*10-6 0.01 0.000 08
8Bit -4 0.6480 -7.2*10-4 0.01 0.001 28
本发明采用SHT10默认的测量精度，即温度为14bit，湿度为12bit。
对锂电池的单体电压测量采用运放的差分电路输出电压值并通过A/D采样来实现。对总电压采用ARM内部的A/D采样来实现，对总电流采用霍尔电流传感器结合A/D采样来实现。锂电池的SOC估计采用Ah计量法或开路电压法来进行计算。根据实际检测到的电压、电流值以及SOC显示在TFT上，同时监测单体电压值，保证锂电池工作在最佳状态。
系统软件设计基于ARM系统的编程，通过向MG801A模块发送不同的AT指令来实现不同的功能，如读取短信息的内容，删除短信息、列出模块中还未读的短信息等。AT(Attention)指令最初由Hayes公司推出，主要用于对调制解调器的控制，现在已演化为一种标准，所有移动模块都支持AT指令。虽然不同厂家的手机模块都参照GSM协议，但格式还是有所不同，开发过程中一定要认真参考厂家给的资料。同时在开发过程中发现指令的执行过程需要单片机与手机交互应答完成，每一次发送或接收的字节数有严格的规定，二者必须依据这些规定实现数据交换，否则，通信就是失败的。

Claims (7)

1.多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是包括：
采用ARM系统设计的嵌入式系统控制单元；
作为人机交互界面的TFT触摸屏；
速度测量单元，其包括实时速度测量单元以及最大速度设置单元，所述的实时速度测量单元通过霍尔传感器与固定在代步车前轮的四个磁钢的配合按照单位时间由ARM系统从霍尔传感器监测的脉冲数计算代步车实时速度并将该实时速度显示在所述的TFT触摸屏；所述的最大速度设置单元按照设置速度对应的电压范围通过ARM系统检测电压值计算设置的最大速度并将该设置的最大速度显示在所述的TFT触摸屏；
时钟测量单元，其依据ARM系统的RTC功能，通过所述的TFT触摸屏修改、显示当前的时钟，并写入RTC单元，实现万年历的设置；
温、湿度测量单元，其包括温度传感器、湿度传感器，通过ARM系统对温度传感器、湿度传感器的控制实现对环境的温、湿度的测量并显示在所述的TFT触摸屏；
可选的燃料电池管理单元电路，其包括嵌入式系统控制单元、电压电流传感器、信号变换处理电路、流量压力传感器、温度湿度传感器、氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，所述的电压电流传感器、流量压力传感器、温度湿度传感器的信号经信号变换处理电路处理后发送给嵌入式系统控制单元，嵌入式系统控制单元控制氢气阀门、氧气阀门以及温度湿度控制模块，在所述的TFT触摸屏上实时显示燃料电池的总电压、总电流；
可选的锂电池管理单元电路，其包括ARM系统电路、单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路，所述的单体电压测量电路、总电压测量电路、SOC估计、总电流测量电路的信号经ARM系统电路处理后将锂电池的总电压、总电流以及SOC状态显示在TFT触摸屏；
可选的蓄电池管理单元电路，其通过ARM系统检测蓄电池的电压、电流并显示在TFT触摸屏上。
2.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述的时钟测量单元外接纽扣锂电池。
3.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述的最大速度设置单元通过电位器调节设置的最大速度。
4.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述的嵌入式系统控制单元上连接有防盗功能单元电路，该防盗功能单元电路具有一振动传感器，代步车被偷盗时，驱动振动传感器报警，通过ARM系统将代步车的GPS定位数据信息通过CDMA接口发送到使用者的手机上。
5.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述的嵌入式系统控制单元上连接有SOS模块，通过触摸FT触摸屏上的SOS按钮将急救信号从内置的CDMA无线模块发出通知家人或医辽中心。
6.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述的ARM系统包括ARM处理器、RS232模块、TFT模块、电源模块、触摸屏模块、SD&FLASH模块、CAN模块，所述的电源模块对电源的电压进行调整，为ARM处理器和各个模块供电，所述的RS232模块利用串口使开发板与PC、GPS、CDMA可以通信，所述的触摸屏模块对数据进行显示及控制，所述的SD&FLASH模块为开发板提供外部存储设备，所述的CAN模块利用CAN协议经行数据通信，实现对锂电池管理单元电路及燃料电池管理单元电路的管理。
7.根据权利要求1所述的多能源供给、多功能老人代步车控制系统，其特征是：所述作为人机交互界面的TFT触摸屏界面分行显示，第一行显示万年历及温湿度；第二行显示代步车瞬时的电压和电流；第三行显示速度；第四行显示代步车的状态，包括前进、后退、左拐、右拐、禁行、欠压；第五行是报警、禁行的触摸按钮；第六行是左转、右转的触摸按钮。
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