CN106389030B - 一种互联网智能化电动轮椅控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种互联网智能化电动轮椅控制系统，包括电动轮椅的设备端，用于向数据服务中心发送电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息，接收数据服务中心发来的电动轮椅设置信息并将其转化为电动轮椅的控制指令，也可自行向第三方服务器请求服务；数据服务中心，用于解析并存储设备端发送的信息，并向设备端反馈客户端发来的相关设置信息，同时根据解析信息分析电动轮椅的工作状态，推送相关信息至客户端；客户端，用于生成电动轮椅设置信息，并接收数据服务中心推送的信息。本发明通过互联网与服务器高度联动，实现互联网服务的实时性，与数据收集的高频，为后续的衍生服务提供数据基础。

Description

一种互联网智能化电动轮椅控制系统

技术领域

本发明涉及电动代步车控制系统，尤其是一种互联网智能化电动轮椅控制系统。

背景技术

随着社会老龄化加剧，以及人民收入水平的提高，电动轮椅以及电动代步车不断开始走入人民生活之中。但是目前市面上的电动轮椅系统稳定性差，在出现故障时并不能准确将故障部件和故障信息反馈给用户，并且不具备与外接通信的功能，不能够实时将电动轮椅的工作状态信息反馈出去，并且，市场上常见的电动轮椅及电动代步车以有刷电机为主，相应的配以有刷的控制系统，有刷控制系统经过多年的发展，稳定性已经经过长时间的验证，并且成本也较低。但是有刷控制系统因为有刷电机的特性问题，存在功耗较大的问题，限制了续航里程，且重量较重。为了追求便携性，提升续航里程，更好的适应用户的需求，目前的电动轮椅及电动代步车正逐步向无刷电机及无刷控制系统进行过渡。但是，目前市场上轮椅控制器系统通用性较差，通常都是针对车辆定制，功能局限，无法拓展；同时电动轮椅为满足用户的需求，需要额外加装其他功能部件时，原有控制器无法满足功能拓展的需求。

另一方面，互联网的高速发展，将电动轮椅及电动代步车联网化可以更加实时的为使用者提供服务。另外收集数据可以便于分析当前车辆的使用情况。但是，目前市场的控制系统通常只是简单的加入一个GSM或者GPS的定位模块，与控制器系统联动性不高，功能局限。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的缺陷，本发明旨在提供一种互联网智能化电动轮椅控制系统。

技术方案：一种互联网智能化电动轮椅控制系统，包括：

电动轮椅的设备端，用于向数据服务中心发送电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息，接收数据服务中心发来的电动轮椅设置信息并将其转化为电动轮椅的控制指令；

数据服务中心，用于解析和存储设备端发送的信息，并向设备端反馈客户端发来的设置信息，同时根据解析信息分析电动轮椅的工作状态，推送信息至客户端；

客户端，用于生成电动轮椅设置信息，并接收数据服务中心推送的信息。

进一步的，所述设备端包括：

供用户操作的控制器，用于根据操作信息和数据服务中心发来的电动轮椅设置信息向从属部件发送控制指令；接收从属部件的汇报信息并发送至网络端，当汇报信息异常时进行提示；监测与从属部件的通信状态并发送至网络端，当通信异常时，关断异常从属部件的电源并提示异常信息；

所述从属部件包括驱动器，用于根据控制器发来的指令控制动力源工作，并实时监测动力源的工作状态，当状态异常时，控制动力源停止工作；

动力源，用于为电动轮椅提供动力。

进一步的，所述控制器包括：

采集模块，用于采集用户的操作信息并反馈至控制器MCU模块，其包括霍尔摇杆或按键；

显示模块，用于显示提示信息；

语音模块，用于播报语音提示信息；

控制器MCU模块，根据采集模块的信息向电源控制模块和所述驱动器发送控制指令；

电源控制模块，用于为控制器各模块提供电源，并根据控制器MCU模块的指令控制驱动器的电源通断；

通信模块，用于与从属部件及网络端进行通信。

进一步的，所述按键包括SOS键，用于采集用户的紧急信息，当SOS键按下时，控制器MCU模块控制显示模块显示紧急信息，并向数据服务中心发送紧急信息，数据服务中心在收到紧急信息时，将紧急信息和位置信息推送至客户端。

进一步的，所述控制器MCU模块还用于向各从属部件发送心跳包，每个从属部件接收并回复心跳包，若控制器MCU模块连续多个心跳包未接受到回复则提示该从属部件故障并关断该故障从属部件的电源。

进一步的，所述通信模块为USB接口、蓝牙、WIFI、GSM移动通信、3G移动通信、4G移动通信、2.4GHz射频通信、5.8GHz射频通信、433MHz射频通信中的一种或多种。

进一步的，所述通信模块为GSM、3G移动通信、4G移动通信中的一种或多种，通信模块还连接有卫星定位模块，所述卫星定位模块选用GPS、伽利略卫星定位系统、北斗卫星定位系统、格洛纳斯卫星定位系统中的一种或多种。

进一步的，所述驱动器包括：

驱动器MCU模块，用于根据控制器的控制指令向继电器模块和驱动模块发送指令；接收和处理驱动器温度检测模块和电流采样模块的检测信息，当检测信息异常时，向继电器模块发送电源通断指令，同时还将该异常信息发送给控制器；

继电器模块，用于根据驱动器MCU模块的指令控制驱动模块和制动器模块的电源通断；

驱动模块，用于根据驱动器MCU模块的指令驱动动力源工作，其包括驱动管；

制动器模块，用于断电时制动；

温度检测模块，用于实时检测驱动模块中驱动管的温度参数，并发送给驱动器MCU模块；

电流采样模块，用于检测驱动模块、所述动力源的工作状态并发送给驱动器MCU模块。

进一步的，所述动力源包括有刷电机或无刷电机。

进一步的，所述数据服务中心包括：

应用服务器，用于接收和解析设备端发送的信息，传输至数据服务器，并将客户端发来的电动轮椅设置信息传输至设备端，同时向客户端推送电动轮椅的故障信息、紧急消息和位置信息；

数据服务器，用于分类存储主服务器解析后的工作状态信息、故障信息和紧急信息；

数据分析服务器，用于根据数据服务器分类存储的信息进行电动轮椅的工作状态分析，并向应用服务器进行回馈；

CDN节点，用于存储供设备端下载的更新程序和更新配置，并通过应用服务器通知设备端进行更新。

进一步的，所述设备端发送的电动轮椅的工作状态信息具体包括电池电量、位置信息、速度信息或故障信息。

进一步的，所述设备端和应用服务器通过收发心跳包的形式进行通信，设备端将电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息发送至应用服务器，应用服务器对心跳包进行回复；应用服务器接收到来自客户端的电动轮椅设置信息时，将设置信息加入心跳包的回复中发送给设备端。

进一步的，所述数据服务中心推送电动轮椅的故障信息、紧急消息和位置信息到电动轮椅绑定的微信客户端或者手机APP客户端。

有益效果：本发明提供了一种互联网智能化电动轮椅控制系统，能够通过互联网技术将电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息上传至服务器，实时监测与从属设备的通信连接状态、检测自身、驱动器以及动力源各部件内部的工作状态，并实时同步至数据服务中心，可在数据服务中心分析工作状态的相关数据以获知电动轮椅的电池寿命各部件的使用频率等，有利于各部件的及时维护和故障预警，并通过数据服务中心推送到客户端，能够令使用电动轮椅的用户亲属随时获取使用者的使用状态、位置等信息，在轮椅使用者需要帮助时从设备端通过数据服务中心发送紧急信息，并由数据服务中心推送紧急信息及电动轮椅使用者的位置信息至客户端，亲属可在APP或微信消息中及时掌握使用者的相关情况，便于处理。本发明通过互联网与服务器高度联动，实现互联网服务的实时性，与数据收集的高频，为后续的衍生服务提供数据基础，数据服务中心可以通过分析设备端长期运行的数据，进行设备运行的评估，根据设备当前的损耗情况，提前预判设备的损耗情况。

附图说明

图1是互联网控制系统结构框图；

图2是数据服务中心结构框图；

图3是紧急消息执行逻辑图；

图4是本发明中设备端结构示意图；

图5是本发明中设备端组成示意图；

图6是本发明中控制器组成示意图；

图7是本发明中控制器内部结构框图；

图8是本发明中控制器电源模块第一部分示意图；

图9是本发明中控制器电源模块第二部分示意图；

图10是本发明中控制器电源模块第三部分示意图；

图11是本发明中控制器电源模块第四部分示意图；

图12是本发明中控制器CAN模块示意图；

图13是本发明中控制器显示模块示意图；

图14是本发明中控制器霍尔摇杆模块示意图；

图15是本发明中控制器通信模块USB接口示意图；

图16是本发明中控制器通信模块转接口示意图；

图17是本发明中控制器通信模块GSM模块示意图；

图18是本发明中控制器按键模块示意图；

图19是本发明中控制器语音模块示意图；

图20是本发明中控制器电量检测模块示意图；

图21是本发明中驱动器结构框图；

图22是本发明中驱动器霍尔模块示意图；

图23是本发明中驱动器温度检测模块示意图；

图24是本发明中驱动器制动器模块示意图；

图25是本发明中驱动器驱动模块半H桥示意图；

图26是本发明中驱动器驱动模块驱动无刷电机示意图；

图27是本发明中驱动器驱动模块驱动有刷电机示意图；

图28是本发明中驱动器继电器模块示意图；

图29是本发明中驱动器电流采样模块示意图；

图30是本发明中四种故障检测及响应流程示意图；

图31是本发明中霍尔故障检测示意图；

图32是本发明中按键故障检测示意图；

图33是本发明中驱动器驱动模块检测示意图；

图34是本发明中动力源连接检测示意图；

图35是本发明中动力源堵转保护示意图。

具体实施方式

下面通过一个最佳实施例并结合附图对本技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种互联网智能化电动轮椅控制系统，包括：

电动轮椅的设备端，用于向网络端发送电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息，接收网络端发来的电动轮椅设置信息并将其转化为电动轮椅的控制指令；其中电动轮椅的工作状态信息具体包括电池电量、位置信息或速度信息。

数据服务中心，用于解析并存储设备端发送的信息，并向设备端反馈客户端发来的相关设置信息，同时根据解析信息分析电动轮椅的工作状态，推送相关信息至客户端；如图2所示，数据服务中心包括应用服务器，用于运行数据服务中心的主要业务，包括接收和解析设备端发送的信息，传输至数据服务器，并将客户端发来的电动轮椅设置信息传输至设备端，同时向客户端推送电动轮椅的故障信息、紧急消息和位置信息；数据服务器，用于根据数据服务器分类的电动轮椅数据信息进行工作状态评估与分析，并向应用服务器进行回馈；数据分析服务器，用于根据应用服务器解析的信息分析电动轮椅的工作状态；CDN节点，用于存储供设备端下载的更新程序和更新配置，并通过应用服务器通知设备端进行更新。

其中，数据分析服务器主要负责通过分析数据服务器中的数据，可以形成相关的数据报表与趋势，可以分析预估设备端的运行情况，为使用者以及厂商提供更好的服务。例如可以针对设备端用户使用的电量消耗情况，充电频数等分析出设备端的电池损耗情况，可在电池出现严重损耗前提前与使用者联系，主动提供维修服务。另外一方面，厂商可以分析各个功能使用者的使用频数，分析出下一代产品各个功能的安装必要性。

客户端，用于生成电动轮椅设置信息，并接收服务端推送的信息。使用者可以通过微信或者APP终端获取设备的运行状态，并能够回复限速等控制信息至服务器，由此实现对电动轮椅的远程控制，发生紧急状况时，也可设置数据服务中心将紧急信息推送至客服中心，进行紧急联络。

如图3所示，其中，设备端和应用服务器通过收发心跳包的形式进行通信，设备端将电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息发送至应用服务器，应用服务器对心跳包进行回复；应用服务器接收到来自客户端的电动轮椅设置信息时，将设置信息加入心跳包的回复中发送给设备端。

设备端如图4所示，具体包括供用户操作的控制器1、驱动器3、动力源、电池和其他扩展的从属设备。控制器1作为电控系统的核心部件，其为从属设备提供一个使能信号，控制从属设备电源通断，同时通过CAN总线向从属设备发送控制指令。电池为整个电控系统提供电源。驱动器3受控于控制器1，电池受控于控制器1发出的使能信号，驱动器MCU同时分析CAN总线上来自控制器1的指令并执行相应的动作。动力源受控于驱动器3。

控制器1与从属部件均通过CAN总线相连，而不是通过串口连接，能够避免需要外接多个设备时串口不够用的情况。如图5所示控制器1通过控制器1引出线2连接至驱动器3，线缆中含有电源线缆、使能信号线缆、CAN通信线缆。动力源含有两个电机分别通过动力源连接线4连接至驱动器3上。电池通过一个电池连接线5连接至驱动器3。

控制器1用于根据操作信息和发来的电动轮椅设置信息向从属部件发送控制指令；接收从属部件的汇报信息并发送至数据服务中心，当汇报信息异常时进行提示；监测与从属部件的通信状态并发送至数据服务中心，当通信异常时，关断异常从属部件的电源并提示异常信息；以及与服务器通信连接；

所述从属部件包括驱动器3，用于根据控制器1发来的指令控制动力源工作，并实时监测动力源的工作状态，包括其转速、电流等，当状态异常时，控制动力源停止工作；同时还针对自身电路进行自检；

其他从属部件可以根据实际情况进行添加，如大灯控制器1，按摩部件、辅助控制部件、辅助通信部件等，包括驱动器3在内的从属部件都可以连接多个。

动力源，用于为电动轮椅提供动力，动力源包括有刷电机或无刷电机。

控制器1作为控制系统的核心，其可以释放一个使能信号统一控制其他设备的电源通断，同时可以通过CAN总线传输控制指令给从属设备。控制器1直接通过电池取电，控制自身带有一个开关按钮，可以控制自身的电源通断。驱动器3从属于控制器1，也直接从电池取电，其电源受控于控制器1，内部含有一个继电器可以控制驱动部分电源通断。动力源由驱动器3进行驱动。电控系统仍可以通过CAN总线与使能信号、电源的配合，可以拓展其他外围设备。

控制器1包括采集模块、显示模块、语音模块、控制器MCU模块、电源控制模块、通信模块，如图6所示是控制器1其中一款的零件爆炸视图。控制器1主要分为三个部分，一个是上壳体总成，一个是下壳体总成，一个是引出线束，即控制器1引出线2。上壳体总成含有以下零件，控制器1上壳体6、霍尔摇杆防护胶帽7、霍尔摇杆支架8、霍尔摇杆9、硅胶按键10、USB接口11、USB接口防尘塞12、电路板总成13。下壳体总成含有以下零件，控制器1下壳体14、扬声器15、GSM模块16、充电接口17、SIM卡防尘塞18、视窗面板19、液晶屏20。

如图7所示是本实施例中控制器1的结构框图。控制器1内部核心为控制器MCU模块，控制器MCU模块可以选型为STM32F10x系列、GD32F10x系列。电源模块为控制器1提供电源，为从属部件提供电源使能信号，控制器MCU模块可以控制控制器1内部的电源通断以及从属设备的电源通断。电量检测模块可以检测当前电池电压或是电流状态等，供控制器MCU模块估算当前的电池电量。显示模块、语音模块、按键模块、霍尔摇杆模块构成了控制器1的人机交互部分，显示模块与语音模块用于向使用者反馈当前电控系统的工作状态，按键模块与霍尔摇杆模块用于采集使用者当前的动作。按键包括SOS键，用于采集用户的紧急信息，当SOS键按下时，控制器MCU模块控制显示模块显示紧急信息，并向数据服务中心发送紧急信息，数据服务中心在收到紧急信息时，将紧急信息和位置信息推送至客户端。本发明通过设置紧急按键，即SOS键采集用户的紧急信息，当电动轮椅使用者需要帮助时，按下紧急按键便可通过数据服务中心向使用者亲属的手机微信客户端或者APP客户端推送紧急消息，紧急消息包含求助信息和电动轮椅使用者的地理位置，本领域技术人员也可使用其他方式采集紧急信息，例如设置紧急开关或旋钮等，也可根据需要推送其他信息至客户端。CAN模块、通信模块构成了控制器1的通信部分。CAN模块用于和电控系统内部的设备进行通信。通信模块用于与从属部件及网络端进行通信，此款控制器1中，通信模块含有USB接口和GSM模块16，USB接口用于和调试设备进行通信，GSM模块16用于连接至互联网。

控制器MCU模块，根据采集模块的信息向电源控制模块和所述驱动器3发送控制指令；控制器MCU模块选用的STM32F10X系列或者GD32F10X系列。

电源控制模块，用于为控制器1各模块提供电源，并根据控制器MCU模块的指令控制驱动器3的电源通断；如图8所示的是控制器1电源控制模块的电池电源5V稳压电路，以及开关机自举电路，开关机按钮检测电路。电源控制模块主要负责为控制器1提供系列电源24V、5V、3.3V电源，并控制其他设备的电源通断。其中VBB为电池电源；其中D3为一个TVS二极管，用于抑制电源连接时的浪涌；D1为一个单向二极管，用于防止电流向电池倒灌；器件U1为5V稳压器件，其1号脚为输入脚，5号脚为使能脚，3号脚为GND，4号脚为反馈脚，2号脚为输出脚，2号脚连接至L1电感，D2二极管，L1后级连接一个C1电容，一个C2电容。4号脚反馈脚之间连接至输出的5V电压。电池电压输入后经过一个单向二极管连接至U1的1号脚，电池电压输入另一端连接有一个TVS二极管D3，用于抑制浪涌。R1、R2、R3、R6、R7、R9、R10、R11、R12、R13、S1、C4、C5、C9、Q1、Q2、Q3构成一个开关机自举电路，当按下S1时经过R6、R10、R1，Q1的基极处于一个高电位状态，Q1导通，R2、R3形成一个分压电路，是U1的5号脚使能，因此会给U1的5号脚提供一个短暂的使能信号，使得U1提供一个电压输出激活控制器MCU，控制器MCU通过使用PIN1锁定使能信号，使得U1有持续的电源输出，控制器MCU还可以通过PIN2检测当前S1的状态；同时S1按下时Q3基极处于高电位状态，使得Q3导通，PIN2处与低电位状态，MCU可以检测到S1的状态。当Q1导通后，U1将输出一个电压，控制器MCU模块上电后，通过PIN1输出一个高电位至Q2的基极，使得Q2导通，令U1持续处于使能状态。U1、D2、L1、C1、C2组成了一个稳压电路，U1通过5号脚的使能信号来控制器1当前的输出状态，通过4号脚反馈与D2、L1、C1、C2配合，从2号脚输出一个5V电压。U2、C7、C6、C8构成一个3.3V稳压电路。U3、R5、R8、D4构成一个电源控制电路U3一段连接电池电源，控制器MCU模块通过PIN3控制U3的3号脚实现U3的1号脚OUT1的信号通断，OUT1连接至其他从属设备。U4主要用于外部通信设备的电源稳压与控制,控制器MCU模块通过PIN4进行电源通断的控制，U4的5号脚用于输出3.3V电压。如图9所示为控制器1电源控制模块5V电压稳压3.3V电路，U2的1号脚为GND，2号脚与4号脚为电源输出脚，3号脚为电源输入脚，C6、C7、C8为U2外围配套的电容。

如图10所示为控制器1电源控制模块从属部件电源信号控制。U3的1号脚为信号输出脚，外围配置一个D4二极管，给从属设备输出一个型号。2号脚为GND，3号脚为控制输入引脚，连接至控制器MCU模块引出的PIN3，4号脚电源输入引脚，此引脚的电平将输出至1号脚。

如图11所示为控制器1电源控制模块外围通信设备电源稳压与控制电路。U4的4号脚悬空悬空，不做使用。1号脚为电源输入，此处输入一个5V电平。2号脚连接至GND。3号脚为使能信号，控制器MCU模块通过引出的PIN4控制U4的稳压使能。5号脚为稳压输出，此处输出一个3.3V电平。

通信模块，用于与从属部件及服务器进行通信。通信模块包括USB接口、蓝牙、WIFI、GSM移动通信、3G移动通信、4G移动通信、2.4GHz射频通信、5.8GHz射频通信、433MHz射频通信中的一种或多种。本实施例中选择GSM通信方式，通信模块连接有卫星定位模块，所述卫星定位模块选用GPS、伽利略卫星定位系统、北斗卫星定位系统、格洛纳斯卫星定位系统中的一种或多种。

如图12所示为控制器1CAN通信模块。U5的1号脚与4号脚为CAN信号输入引脚，分别连接至控制器MCU模块引出的PIN5与PIN6。2号脚为GND引脚，3号脚为电源脚，此处连接5V，2号脚与3号脚之间连接一个C3去耦电容。8号脚RS此处不使用连接至GND。5号脚此处不使用悬空。6号脚为CANL输出，7号脚为CANH输出，7号脚与6号脚之间有一个R4匹配电阻，同时连接了U13双向TVS二极管，用于防护静电、浪涌对U5、CAN总线的影响。

显示模块，用于显示提示信息，如图13所示为控制器1显示模块。U6为显示模块液晶接口，液晶接口主要分为几个部分，分别为控制接口，数据接口，电源接口，背光灯控制接口。控制接口主要有CS、RS、WR、RD、RESET，分别为U9的7号、8号、9号、10号、31号引脚，连接至控制器MCU模块引出的PIN7、PIN8、PIN9、PIN10、PIN12引脚。DB0～DB15为液晶的数据接口，连接至控制器MCU模块的FSMC接口模块，对应FSMC0～FSMC15引脚。LED、

LEDK1、LEDK2、LEDK3、LEDK4对应16号至20号引脚为背光灯控制接口，LEDK1～LED4连接R46～R49电阻后连接至GND，LEDA通过控制器MCU模块的PIN11输出一个DAC信号，用于控制背光灯的强弱。5号脚、34号脚连接至GND。6号脚、32号脚、33号脚连接至3.3V电源。其他引脚悬空不进行连接。

采集模块，用于采集用户的操作信息并反馈至控制器MCU模块，其包括霍尔摇杆9与按键；控制器MCU模块实时获取霍尔摇杆9的位置信息并与霍尔摇杆9的位置出厂值比较得出霍尔摇杆9的工作状态，当状态异常时进行提示异常，同时停止对霍尔摇杆9的操控信息进行转换，直至霍尔摇杆9恢复正常状态；当控制器MCU模块采集到按键持续按下时间超过预设的时间阈值时，提示按键异常并停止采集按键反馈的操作信息。

如图14所示为控制器1霍尔摇杆模块。P2为霍尔摇杆9的接口，接口的2号脚和3号脚为电源接口，外围配有C26、C27、D6。控制器MCU模块引出引脚PIN13、PIN13用于检测霍尔摇杆9的X轴与Y轴。如果控制器MCU模块为5V基准电压工作的，则可以直接采集霍尔摇杆9的信号。如果控制器MCU模块为3.3V基准的，则需要通过电平转换电路(R43、R44、R35、C28、C29与R50、R51、R55、C30、C31)，将5V电平转换为3.3V范围内科检测电平。

如图15所示为控制器1通信模块USB接口。J3为USB2.0标准接口，1号脚为电源引脚，1号脚连接了一个F1保险丝，此处保险丝选型为500mA，符合USB 2.0接口的设计标准。4号脚连接至GND。2号脚、3号脚为USB接口的数据引脚，通过R17、R44电阻连接至控制器MCU模块引出的PIN15、PIN16引脚。PIN15、PIN16引脚为复用引脚，可以作为USB接口的数据引脚，也可以作为普通的串口引脚引出，此处作为串口引脚使用。

如图16所示为控制器1通信模块转接口。U7可以转接多种数据模块，如蓝牙模块、GSM移动通信模块、WIFI模块、3G移动通信模块、4G移动通信模块、GPS模块等，PIN17、PIN18、PIN19、PIN20、PIN21可以作为普通串口引脚、SPI引脚、I2C引脚使用。在此款控制器1中，转接口转接至GSM模块16。

如图17所示为控制器1通信模块GSM模块16结构框图。GSM通过控制器1通信模块转接口连接，其电源控制模块受控于控制器1。其核心通过GSM芯片与SIM卡、天线的配合，实现互联网的连接，与控制器MCU模块配合后，可以将电控系统的数据实时上传至服务器。同时GSM模块16可以实现基站定位功能，方便云端服务器知晓当前电控系统所在位置。GSM芯片可以选用GU906、SIM808、SIM908、GU906、SIM900系列、SIM800系列、NEO-6M系列、MT250x系列。

如图18所示为控制器1按键模块。采用了典型的按键检测电路，按键S3一端连接至控制器MCU模块引出的PIN26，另一端连接至GND。PIN26处通过电阻R52连接至3.3V电源，当S3断开时，PIN26处于高电位状态，按下S3时，PIN26变为低电平状态。

语音模块，用于播报语音提示信息，如图19所示为控制器1语音模块。U8为语音存储芯片，U9为功放芯片。U8的7号脚与5号脚分为3.3V电源与GND；6号脚与1号脚悬空不使用；8号脚为DAC信号的输出引脚；2号、3号为控制引脚，由控制器MCU模块引出的PIN22、PIN23控制，PIN22为数据引脚，向语音存储芯片输送数据，PIN23为复位引脚。4号脚为状态引脚，控制器MCU模块通过PIN24检测U8是否处于忙碌状态。2号、3号、4号引脚直接连接R15、R16、R38电阻。U9为功放芯片，其外围与R14、R39、R40、R42、C23、C24、C25连接形成功放电路，J1为扬声器。U9的1号脚可以用于控制功放的开关，通过控制器MCU模块的PIN25进行控制，在PIN25处于悬空状态时，1号脚经过R14连接与5V电平，处于高电位状态，即关闭状态，当PIN25输出低电位时，功放处于开启状态。

如图20所示为控制器1电量检测模块。主要由R54、R57形成的分压电路，再经过R56、C33配合形成一个分流保护电路，有控制器MCU模块引出的PIN27引脚进行采样检测。驱动器3包括驱动器MCU模块、继电器模块、驱动模块、制动器模块、温度检测模块、电流采样模块、霍尔检测模块

如图21所示为驱动器3结构框图。其电源模块的电源由外部引入，同时电源受控于控制器1提供的使能信号。驱动器3的CAN模块与控制器1引出的CAN总线相连，接收来自控制器1的指令。驱动器MCU模块为控制器1的控制核心，其可选为STM32F10x系类，GD32F10x系类。继电器模块电源来自电源模块，其受控于驱动器MCU模块。驱动模块、霍尔检测模块、制动器模块、温度检测模块、电流采样模块构成了驱动部分，一个驱动器3含有两个驱动部分。驱动部分电源受控于继电器模块，信号受控于驱动器MCU模块。驱动部分将连接电机，驱动电机工作，并反馈电机的工作状态。

驱动器MCU模块，用于根据控制器1的控制指令向继电器模块和驱动模块发送指令；接收和处理驱动器3温度检测模块和电流采样模块的检测信息，当检测信息异常时，向继电器模块发送电源通断指令，同时还将该异常信息发送给控制器1。

霍尔检测模块，用于转换无刷电机霍尔传感器的电平信号；驱动器MCU模块通过霍尔检测模块实时获取无刷电机的连接状态，并在连接异常时通知控制器1进行提示。如图22所示为驱动器3霍尔检测模块。与霍尔摇杆9电路同样，在驱动器MCU模块为5V基准情况下可以直接采样，在驱动器MCU模块为3.3V基准时，需通过电平转换电路将霍尔信号转换为3.3V电平信号范围。此处由驱动器MCU模块引出的PIN28、PIN29、PIN30进行检测。

制动器模块，用驱动断电制动器；驱动模块，用于根据驱动器MCU模块的指令驱动动力源工作，其包括驱动管，本实施例中驱动管采用MOS管，本领域技术人员也可选择其他驱动管；温度检测模块实时检测驱动模块中驱动管的温度参数并发送至驱动器MCU模块；电流采样模块采集驱动部件和无刷电机的连接信息并发送至驱动器MCU模块，驱动器MCU模块在驱动管的温度过高、驱动部件连接故障或无刷电机连接故障时控制继电器模块关断驱动模块的电源并通知控制器MCU模块进行提示。如图23所示为驱动器3温度检测模块。温度检测模块，核心为R19热敏电阻，R19与R29形成一个分压电路，由MCU引出PIN31进行采样检测，继电器模块，用于根据驱动器MCU模块的指令控制驱动模块和制动器模块的电源通断。

制动器模块，如图24所示，用于断电时制动；制动器模块由驱动管U10进行驱动，驱动器MCU模块引出的PIN35引脚输出一个控制信号，当PIN35引脚处于悬空时，电阻R32连接至GND接地，使得三极管Q4的基极处于低电平状态，三极管Q4断开，驱动管U10的控制脚经过电阻R18处于高电平状态，驱动管U10断开；当PIN35引脚处于高电平状态时，三极管Q4的基极同样处于高电位状态，三极管Q4导通，电阻R18和电阻R28形成一个分压电路，使得驱动管U10控制脚处于低电位状态，驱动管U10导通；PIN35输出一个PWM调制信号；BREAK_L点与电阻R24、R30、R22、D7、C14、D5、D8组成一个检测电路；当制动器模块关闭时，BREAK_L点由电阻R22、R24、R30分压得到一个高电平信号；当制动器模块吸合同时PIN35引脚不进行调制时，BREAK_OUTL点处于低电平，BREAK_L点检测即为低；当PIN32引脚调制时，BREAK_L点即采样得到相应的调制电压；与普通的制动器电路不同的是，为了避免普通制动器直接驱动方式带来较大的噪音，此处利用U10进行调制驱动。常规情况，会直接采用一个三极管直接进行开关驱动，这样会给制动器的吸合带来较大的噪音。为了降低噪音，并提示用户体验，制动器模块将通过U10实现特殊的调制方式。在制动器处于断开状态，需要吸合时，PIN35将输出一个高于维持吸合占空比的信号，占空比大于50％，并以1ms～100ms范围内的时间间隔逐步递增，递增值在1％～15％之间，直至BREAK_L检测继电器处于吸合状态，然后将占空比降为制动器的维持吸合值，维持吸合值在1％～50％范围内。当制动器处于吸合状态，需要断开时，将占空比从维持吸合值降为0％，即可使制动器断开。经过实际的试验与对比，采用此种特殊调制方式，比传统的调制方式噪音更小。

驱动模块，用于根据驱动器MCU模块的指令驱动动力源工作，其包括驱动管；如图25所示为驱动器3驱动模块半H桥电路。半H桥电路主要有V1、V2进行驱动电路，V1为控制半H桥上桥的驱动管，V2位控制半H桥下桥的驱动管。当PIN32为高电平的时候，Q7导通，Q5的基极处于低电平状态，由于V1的S极电压时浮动的，15V电压通过自举电路电容作用，使得V1的G极与S极之间的电压差为15V，从而使V1导通。Q6是在V1关闭的瞬间提供续流。当PIN33为低电平时，Q11导通，Q9的基极处于低电位状态，Q9导通，15V电压加载在V2的G极与S极之间，此时V2导通，同时V1的自举电容通过V2形成回路，给V1的自己电容供电。Q10的作用是V2关闭的瞬间提供续流。

如图26所示为驱动器3驱动无刷电机的示意图。当驱动模块连接至无刷电机时，需要通过霍尔检测模块检测无刷电机当前的相位角，进而控制半H桥的通断。如当霍尔检测当前无刷电机为1相位角时，上桥A与下桥B导通，其他关断，当为2相位角时，上桥B与下桥C导通，其他关断，相位角与上下桥的对应关系根据电机实际绕线方式、霍尔传感器安装位置决定。

如图27所示为驱动器3驱动有刷电机的示意图。当驱动模块连接至有刷电机时，不需要霍尔检测模块工作，驱动模块中半H桥仅需要工作两路。如当上桥A与下桥B导通时，有刷电机正传，当上桥B与下桥A导通时，有刷电机反转。

继电器模块，用于根据驱动器MCU模块的指令控制驱动模块和制动器模块的电源通断；如图28所示为驱动器3继电器模块。继电器U11输出端U11B一端连接电池电压，另一端连接至驱动模块电源。PIN34用于控制Q8的通断，当PIN34处于悬空状态时，Q8的控制脚通过R62拉低至GND，Q8处于断开状态，断开时U11A控制脚悬空，继电器输出端U11B断开。PIN34处于高电平时状态时，Q8导通，继电器控制端U11A处于低电平状态，继电器输出端U11B吸合。

电流采样模块，用于检测驱动模块、所述动力源的工作状态并发送给驱动器MCU模块。如图29所示为驱动器3电流采样模块。U12、U13为两个运算放大器，通过采集驱动模块三个半桥输出相线的差分信号，经过运算放大器处理即可以得到相线的电流大小，由单片机引出的PIN35、PIN36、PIN37进行相线电流的采集。通过U13A还可以采集单侧电池输出平均电流与驱动器3部件的母线电流，有PIN38、PIN39进行采样。

为了考虑到电控系统的安全性与可靠性，控制器1与驱动器3通过紧密配合，针对整个电控系统进行实时工作状态的监控。工作状态的监控主要涉及几个方面，控制器1中人机交互部分的工作状态，驱动器3的工作状态、动力源的工作状态，电池的工作状态。

控制器1作为整个电控系统的核心，工作状态监控过程中，主要的职责有三点，一是通过语音模块和显示模块向使用者提示故障，二是通过MCU进行控制器1内部模块的检测，三是控制器MCU模块以通过CAN总线向各从属部件发送心跳包的方式监控从属的工作状态，每个从属部件接收并回复心跳包，从属设备通过MCU进行自身内部模块的工作状态监控，控制器1通过心跳包的回复情况判断从属设备是否在线。驱动器3属于从属部件之一。若控制器MCU模块连续多个心跳包未接受到回复则提示该从属部件故障并关断该故障从属部件的电源。

驱动器3如果遇到驱动部分中出现故障或者动力源出现故障，将直接控制继电器模块断开驱动部分电源，并通过CAN总线上报控制器1。驱动器3如果出现其他故障，导致无法和控制器1完成通信的，将由控制器1通过心跳包是否有回应，判断驱动器3的状态，具体的，控制器1，将以心跳包的形式，心跳包频率在10HZ～10000HZ范围内，询问各个连接于CAN总线上从属部件的工作情况，各个从属部件收集自身或是自身驱动设备的工作状态，以响应心跳包的形式将信息通过CAN总线反馈至控制器1。如果从属部件连续数个心跳包没有响应，控制器1可以认定从属部件出现异常，控制器1可直接关断从属部件的电源，防止因为从属部件所出现的异常而给电动轮椅带来不可控的运动状态。

控制器1一旦接收到来自从属部件的异常汇报，或是控制器1检测到自身的人机交互部分出现异常，或是控制器1连续多次没有接收到来从属部件的，将通过MCU驱动U6为核心的显示模块，以及U8、U9为核心的语音模块，显示出相应的异常或故障图标，发出相应的异常或故障提示音，告知使用者当前的异常或故障状态。

如图30所示，列出了上述四种情况下，故障产生后控制器1及驱动器3的应对响应流程。控制器1以及驱动器3对于各个故障检测的方法具体如下：

控制器1针对人机交互部分的工作状态检查，主要针对霍尔摇杆9部分以及按键部分。

如图31为霍尔摇杆9故障检测。霍尔摇杆9部分因为其霍尔特性，在使用较长时间后，或是受到极强磁场近距离干扰(如电磁铁靠近)，可能会对霍尔摇杆9的采样值造成影响，造成电动轮椅无法控制的运动。为了避免出现这一次情况，控制器1在第一次出厂开机检验时，会对霍尔摇杆9的中位置进行采样，记录为X_MID与Y_MID(如果霍尔摇杆9存在Z，则仍需采样Z_MID),并写入MCU的内部FLASH中。以后每次开机时都会对霍尔摇杆9当前状态值与存储的X_MID、Y_MID(Z_MID)进行对比，如果当前状态值与存储值差值在-A～+A范围内(A根据霍尔摇杆9的型号可为1～1000内的值，A为12位AD下的采样值，如果AD采样精度发送变化，差值范围将等比例变化)，则说明霍尔摇杆9正常，如果在范围外，则说明霍尔摇杆9异常，需要进行校准或是更换。霍尔摇杆9出现异常时，MCU将屏蔽霍尔摇杆9，强制认定霍尔摇杆9输出值处于中位，保证电动轮椅不产生任何异常运动，并持续监测霍尔摇杆9，直至霍尔摇杆9采样值恢复至误差范围内，才会解除屏蔽。

如图32为按键的故障检测。按键部分主要有控制器MCU进行直接检测，如果按键持续处于按下状态时间大于B秒(B为大于等于1的值，根据实际情况确定)，那么将认定按键出现异常，将屏蔽按键的相应功能，直至按键恢复释放状态后，解除屏蔽。

电池的工作状态主要由控制器1进行监控。控制器1通过PIN27以及图20的电量电测电路，采集得到当前电池的电压值BAT_A，由于直接采样值会因为AD采样自身误差以及电池在不同负载时电压会有所波动，BAT_A会跟随以上两点原因产生一定的波动，如果直接将BAT_A的值输出至显示模块，会给使用者来带一定的困惑。为了提升用户提检验，我们采用一个滤波算法将BAT_A的值经过滤波稳定后再输出至显示模块，控制器1采集电池的电压值BAT_A经公式(1)滤波稳定后得到电压输出值BAT_OUT，控制器1根据电压输出值BAT_OUT计算并显示电池的电量：

AGV_T为大于1的任意值，AVG_D为小于AGV_T大于0的任意值，AGV_T越大，AVG_D越接近1，对于BAT_A的变化抑制越强，输出值越稳定。

驱动部件的工作状态检测主要是针对通过电流采样来实现的。如图33所示，驱动器3对于驱动模块的检验。在驱动部件启动时，会对各个半桥进行检测确保半桥器件工作正常。以图25的半桥为例，令PIN33为高电平，通过PIN32输出一个高电平脉冲，并利用PIN35对此路相电流进行采样，如果发现采样电流较大，则说明V2损坏。令PIN32为低电平，PIN33输出一个低电平脉冲，继续利用PIN35对此路向电流进行采样，如果发现采样电流较大，则说明V1损坏。

如图34所示，为当动力源对于电机连接的检测。为无刷电机时，可以通过读取霍尔检测模块的信号值，来判断无刷电机是否连接，如果PIN28、PIN29、PIN30读取到的信号值都为0，则说明无刷电机未连接。当有刷部件开始运转时，通过PIN35、PIN36、PIN37针对三路相线进行电流采样，如果出现在对应相限工作，单电流较小，几乎为0时，说明电机该相损坏或是该相线连接异常，将及时停止电机运作。当动力源为有刷电机时，将通过驱动模块驱动后，利用电流采样模块检测相线电流来识别电机是否连接，如果，在驱动部件开始驱动后，电流采样仍然很小，几乎为0时，说明有刷电机未连接或连接出现异常。

如图35所示，为驱动器3对于动力源的堵转保护。同时，在动力源正常工作时，电流采样模块通过PIN38引脚实时监测动力源工作电流，当工作电流持续C秒大于D安培时，驱动器MCU模块判断动力源为堵转状态，控制继电器模块关断驱动模块的电源并通知控制器MCU模块进行提示；当PIN38引脚检测到工作电流大于E安培时，驱动器MCU模块判断为动力源为过流状态，断开继电器模块电源，激活制动器，并通知控制器1进行提示；其中C大于10，D大于1，E大于D。

Claims (11)

1.一种互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，包括：

电动轮椅的设备端，用于向数据服务中心发送电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息，接收数据服务中心发来的电动轮椅设置信息并将其转化为电动轮椅的控制指令；

数据服务中心，用于解析和存储设备端发送的信息，并向设备端反馈客户端发来的设置信息，同时根据解析信息分析电动轮椅的工作状态，推送信息至客户端；

客户端，用于生成电动轮椅设置信息，并接收数据服务中心推送的信息；

其中，所述数据服务中心包括：

应用服务器，用于接收和解析设备端发送的信息，传输至数据服务器，并将客户端发来的电动轮椅设置信息传输至设备端，同时向客户端推送电动轮椅的故障信息、紧急消息和位置信息；

数据服务器，用于分类存储主服务器解析后的工作状态信息、故障信息和紧急信息；

数据分析服务器，用于根据数据服务器分类存储的信息进行电动轮椅的工作状态分析，并向应用服务器进行回馈；

CDN节点，用于存储供设备端下载的更新程序和更新配置，并通过应用服务器通知设备端进行更新；

其中，所述设备端包括：

供用户操作的控制器(1)，用于根据操作信息和数据服务中心发来的电动轮椅设置信息向从属部件发送控制指令；接收从属部件的汇报信息并发送至网络端，当汇报信息异常时进行提示；监测与从属部件的通信状态并发送至网络端，当通信异常时，关断异常从属部件的电源并提示异常信息；

所述从属部件包括驱动器(3)，用于根据控制器(1)发来的指令控制动力源工作，并实时监测动力源的工作状态，当状态异常时，控制动力源停止工作；

动力源，用于为电动轮椅提供动力。

2.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述控制器(1)包括：

采集模块，用于采集用户的操作信息并反馈至控制器(1)MCU模块，其包括霍尔摇杆(9)或按键；

显示模块，用于显示提示信息；

语音模块，用于播报语音提示信息；

控制器MCU模块，根据采集模块的信息向电源控制模块和所述驱动器(3)发送控制指令；

电源控制模块，用于为控制器(1)各模块提供电源，并根据控制器MCU模块的指令控制驱动器(3)的电源通断；

通信模块，用于与从属部件及网络端进行通信。

3.根据权利要求2所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述按键包括SOS键，用于采集用户的紧急信息，当SOS键按下时，控制器MCU模块控制显示模块显示紧急信息，并向数据服务中心发送紧急信息，数据服务中心在收到紧急信息时，将紧急信息和位置信息推送至客户端。

4.根据权利要求2所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述控制器MCU模块还用于向各从属部件发送心跳包，每个从属部件接收并回复心跳包，若控制器MCU模块连续多个心跳包未接受到回复则提示该从属部件故障并关断该故障从属部件的电源。

5.根据权利要求2所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述通信模块为USB接口、蓝牙、WIFI、GSM移动通信、3G移动通信、4G移动通信、2.4GHz射频通信、5.8GHz射频通信、433MHz射频通信中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述通信模块为GSM、3G移动通信、4G移动通信中的一种或多种，通信模块还连接有卫星定位模块，所述卫星定位模块选用GPS、伽利略卫星定位系统、北斗卫星定位系统、格洛纳斯卫星定位系统中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述驱动器(3)包括：

驱动器MCU模块，用于根据控制器(1)的控制指令向继电器模块和驱动模块发送指令；接收和处理驱动器(3)温度检测模块和电流采样模块的检测信息，当检测信息异常时，向继电器模块发送电源通断指令，同时还将该异常信息发送给控制器(1)；

继电器模块，用于根据驱动器MCU模块的指令控制驱动模块和制动器模块的电源通断；

驱动模块，用于根据驱动器MCU模块的指令驱动动力源工作，其包括驱动管；

制动器模块，用于断电时制动；

温度检测模块，用于实时检测驱动模块中驱动管的温度参数，并发送给驱动器MCU模块；

电流采样模块，用于检测驱动模块、所述动力源的工作状态并发送给驱动器MCU模块。

8.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述动力源包括有刷电机或无刷电机。

9.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述设备端发送的电动轮椅的工作状态信息具体包括电池电量、位置信息、速度信息或故障信息。

10.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述设备端和应用服务器通过收发心跳包的形式进行通信，设备端将电动轮椅的工作状态信息、故障信息和紧急信息发送至应用服务器，应用服务器对心跳包进行回复；应用服务器接收到来自客户端的电动轮椅设置信息时，将设置信息加入心跳包的回复中发送给设备端。

11.根据权利要求1所述的互联网智能化电动轮椅控制系统，其特征在于，所述数据服务中心推送电动轮椅的故障信息、紧急消息和位置信息到电动轮椅绑定的微信客户端或者手机APP客户端。