CN110032091B

CN110032091B - 智能助行器控制电路

Info

Publication number: CN110032091B
Application number: CN201910306090.XA
Authority: CN
Inventors: 王强; 李立峰; 兰陟; 王丽; 李宏亮
Original assignee: National Research Center for Rehabilitation Technical Aids
Current assignee: Sidic health care industry development Co.,Ltd.
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2021-04-13
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: CN112859718A; CN110032091A; CN112859718B

Abstract

本发明公开了一种智能助行器控制电路，包括处理器及其外围电路、电源管理电路、无线控制电路、传感器电路、电机霍尔传感器电路、电机驱动及反馈电路，其中：电源管理电路包括电压转换电路、母线电压电路、电源及开机状态显示电路。无线控制电路主要是蓝牙从机电路，传感器电路包括温度传感器电路、超声波传感器电路、陀螺仪电路、压力传感器电路。电机驱动及反馈电路包括电流驱动电路、隔离电路、同比例放大电路。本发明能够使智能助行器控制系统稳定运行，适应各种复杂路况，在使用者的操作助行器时，检测步行姿态和手扶助行器扶手的状况，有助于使用者改善步态和防止跌倒。

Description

智能助行器控制电路

技术领域

本发明涉及一种智能助行器控制电路，尤其是涉及一种帮助老年人以及行走功能障碍的患者行走的助行器控制电路，其属于康复辅助器具和移动助行技术领域。

背景技术

现有的电动助行器有辅助行走的功能，但是在使用者步态跟随、对于检测人体姿态和使用者在扶手上压力的变化方面还存在空白，尤其是对电机在上下坡辅助的控制系统电路还不成熟稳定。本发明优化了电机控制系统电路，能有效监测电机在运行中电流的变化，用于控制系统，而且在使用者步态跟随、检测人体姿态和使用者在扶手上压力的变化等几个方面创新的设计了控制电路，能有效采集人体信号，使人在操作电动助行器方面更加人性化，提高了操作者使用助行器康复水平和使用助行器出行的舒适度。

发明内容

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种智能助行器控制电路，包括处理器电路、电源管理电路、无线控制电路、传感器电路、电机霍尔传感器电路、电机驱动及反馈电路，其中：电源管理电路包括电压转换电路、母线电压电路、电源及开机状态显示电路；无线控制电路包括蓝牙从机电路；传感器电路包括温度传感器电路、超声波传感器电路、陀螺仪电路、压力传感器电路；电机驱动及反馈电路包括电流驱动电路、隔离电路、同比例放大电路。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器电路包括处理器芯片，处理器芯片的管脚8、管脚9和管脚10分别连接PC0_M2、PC1_M2和PC2_M2，PC0_M2、PC1_M2和PC2_M2连接同向比例放大器，管脚8、管脚9和管脚10用于第二电机的同比例放大器输入，通过这三个管脚采集第二电机的电流信号，进而由处理器芯片计算出第二电机的电流值。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚11连接母线电压电路使用ADC1_IN13采集母线电压，母线电压经过分压电路分压后输入管脚11，通过ADC实时采样分压点电压，进而对母线实时进行监测。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚14、管脚15、管脚20、管脚55、管脚56、管脚57连接霍尔传感器电路,将信号输入到处理器。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚16、管脚17连接无线模块电路。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚18接地，管脚19接3.3V电压，管脚21、管脚22、管脚24连接同比例放大电路。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚23、管脚26、管脚27和管脚34、管脚35、管脚36和管脚37、管脚38、管脚39和管脚41、管脚42、管脚43分别连接至电机驱动电路。

所述的智能助行器控制电路，其中：处理器芯片的管脚25连接传感器电路中的温度传感器电路；管脚29、管脚30连接传感器电路中的陀螺仪电路；管脚44接PA11_BEEP连接电源处理电路的电源、蜂鸣器及开机显示电路中的蜂鸣器；管脚45、管脚50连接至电机驱动电路中的隔离电路；管脚46、管脚49连接至读写器的SWDIO和SWCLK；管脚51、管脚52和管脚53、管脚54和管脚58、管脚59连接传感器电路中的超声波传感器电路；管脚61、管脚62接传感器电路中的压力传感器。

所述的智能助行器控制电路，其中：电源管理电路包括电压转换电路，该电压转换电路包括电压调节芯片U1和接线端子P1，U1管脚1是输入端，与电解电容C6的正极连接，C6负极接地；P1管脚1接锂电池正极，管脚2接锂电池负极并接地，锂电池输出电压经过管脚1与开关S1一端连接，开关S1另一端与二极管正极连接，二极管D4负极连接U1的管脚1和电容C6的正极；P1管脚2接肖特基二极管D5的负极和100uH电感L1的一端,L1另一端作为+15V电压输出端；L1还与去耦电容C9的正极连接，肖特基二极管D5的正极和电容C9的负极接地；P1管脚3是接地端,管脚4连接电阻R8的一端和电阻R14的一端,R14另一端接地,R8的另一端接+15V和电容C10的一端以及电容C9的正极，C10另一端接地。

所述的智能助行器控制电路，其中：电压转换电路包括稳压芯片U2，U2管脚1连接U1芯片输出的+15V电压，还连接电容C7的正极连接，C7的负极接地；U2管脚2接肖特基二极管D6的负极和100uH电感L2的一端，L2另一端的电压为+5V输出端,L2还与去耦电容C8的正极连接,肖特基二极管D6的正极和电容C8的负极接地；U2管脚3是接地端，接地,管脚4连接电容C8的正极。

所述的智能助行器控制电路，其中：电压转换电路包括稳压芯片U3,U3的管脚3U2的+5V输出端和电容C18的一端，C18另一端接地；U3管脚1接地，管脚2输出+3.3V电压，连接电容C19的一端，C19的另一端接地。

所述的智能助行器控制电路，其中：母线电压电路包括电阻R54、R63、R66，电池电压正极端连接阻值为510K的电阻R54的一端，R54另一端与阻值为510K的电阻R63的一端连接，R63另一端与PC3_BUS和电阻R66连接，R66阻值为4.7K，R66另一端接地；从电阻R66与R63的连接处向处理器U18的管脚11引线。

所述的智能助行器控制电路，其中：蓝牙从机电路包括是蓝牙芯片U7，U7管脚3连接阻值为1K的电阻R22的一端，R22另一端与发光二极管D7的负极连接，D7的正极与稳压芯片U3的+3.3V输出端连接，U7管脚10接稳压芯片U3的+3.3V电压输出端，还与电容C24的一端连接，C24另一端接地；U7管脚11接地,管脚12与电阻R32的一端连接，R32另一端与发光二极管D9的负极连接，D9的正极与+3.3V电压连接，管脚17和管脚18分别与处理器U18的管脚16、管脚17连接；管脚19与电阻R21的一端连接，R21的另一端接+3.3V电压。

所述的智能助行器控制电路，其中：电机驱动及反馈电路包括高速光耦隔离芯片U3、U4、U5、U6，其中U3的管脚1连接处理器U18的管脚42，U3的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R9的一端，R9另一端接地，管脚4接地，管脚5与双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片U28的管脚12，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C1的一端连接，C1的另一端接地；

U5管脚1连接处理器U18的管脚35，U5的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R17的一端，R17另一端接地，管脚4接地，管脚5与U28的管脚12连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C11的一端连接，C11的另一端接地；

U28管脚4、5、9、10、16悬空，管脚1连接22欧电阻R15的一端，R15另一端连接场效应管Q3的基极，Q3的发射极连接采样电阻R19的一端，R19另一端接地，Q3的发射极还与IVV端连接，IVV是采样电压,连接到对应电机的同比例放大电路上；

U4的管脚1连接处理器U18的管脚41，U4的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R10的一端，R10另一端接地，管脚4接地，管脚5与U29管脚12连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C2的一端连接，C2的另一端接地；

U6管脚1连接处理器U18的管脚34，U6管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R18的一端，R18另一端接地，管脚4接地，管脚5与U29的管脚14连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C12的一端连接，C12的另一端接地；

所述的智能助行器控制电路，其中：电机驱动及反馈电路包括同比例放大电路，同比例放大电路包括加法放大器U10、U11、U14和U15，其中管脚1是U15的输出端，输出VEEF1，作为U10、U11和U14的参考电压；管脚1与管脚2连接，管脚1还与电容C33的一端连接C33的另一端接地，管脚3分别与电阻R51、R62和电容C34的一端连接，R62和C34的另一端接地，R51的另一端连接+3.3V电压，R51的另一端还与电容C30的一端连接C30的另一端接地，管脚4是电源端，连接+3.3V电压，管脚11是接地端，接地；

管脚5是U10的正极端，连接电阻R37和R42的一端，R42的另一端与VREF1连接；R37的另一端分别与电阻R36和电容C22的一端连接，R36另一端与采样电压IWW连接，C22的另一端分别与电阻R26、R27的一端连接，R26的另一端接地，R27的另一端与管脚6和电阻R23的一端连接，管脚6与电阻R27、R23的一端连接，R23的另一端与管脚7和电阻R33的一端连接，管脚7与电阻R23的另一端、R33的一端连接，R33的另一端与处理器U18的管脚21和电容C25连接的一端，C25的另一端接地；

管脚12是U14的正极端，连接电阻R56和R61的一端，R61的另一端与VREF1连接，R56的另一端分别与电阻R55和电容C31的一端连接，R55另一端与采样电压IVV连接；C31的另一端分别与电阻R49、R50的一端连接，R49的另一端接地，R50的另一端与管脚13和电阻R45连接，管脚13与电阻R50、R45连接，R45的另一端与管脚14和电阻的一端R53连接，管脚14与电阻R45、R53连接，R53的另一端与处理器U18的管脚22和电容C32的一端连接，C32的另一端接地；

管脚10是U11的正极端，连接电阻R39和R43的一端，R43的另一端与VREF1连接，R39的阻值为1K，R39的另一端分别与电阻R38和电容C23的一端连接，R38另一端与采样电压IUU连接。C23的另一端分别与电阻R28、R29的一端连接，R28的另一端接地，R29的另一端与管脚9和电阻R24一端连接，管脚9与电阻R29、R24连接，R24的另一端与管脚8和电阻R34的一端连接，管脚8与电阻R24、R34连接，R34的另一端与处理器的管脚24和电容C26的一端连接，C26的另一端接地。

附图说明

图1是智能助行器控制电路结构图；

图2为处理器及其外围电路图；

图3为电源管理电路中的电压转换电路图；

图4为电源管理电路中的电源、蜂鸣器及开机显示电路图；

图5为电源管理电路中的母线电压电路图；

图6为无线控制电路，即蓝牙从机电路；

图7为传感器电路；

图8电机霍尔传感器电路

图9-1为电机驱动及反馈电路1；

图9-2为电机驱动及反馈电路2。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种智能助行器控制电路，包括处理器及其外围电路、电源管理电路、无线控制电路、传感器电路、电机霍尔传感器电路、电机驱动及反馈电路，其中：电源管理电路包括电压转换电路、母线电压电路、电源、蜂鸣器及开机状态显示电路。无线控制电路主要是蓝牙从机电路。传感器电路包括温度传感器电路、超声波传感器电路、陀螺仪电路、压力传感器电路。电机驱动及反馈电路包括电流驱动电路、隔离电路、同比例放大电路。

如图2所示，其中，U18是处理器芯片，可以选择STM32F103RCT6芯片，STM32F103RCT6芯片共计64个管脚。处理器芯片管脚连接如下：VBAT(管脚1)是电池端，接电池BAT1的正极，电池BAT1的负极接地。PC13/TAMPER-RTC(管脚2)接PC13_LED，即LED指示灯，用于指示处理器芯片U18的工作状态，在正常工作状态每秒钟闪烁一次，否则为故障运行状态。PC14/OSC32_IN(管脚3)和PC15/OSC32_OUT(管脚4)连接32.768M晶振Y2的两端，Y2两端分别连接20pF电容C67和C68的一端，C67和C68另一端接地。OSC_IN(管脚5)和OSC_OUT(管脚6)连接8M晶振Y1，Y1和1M电阻R82并联，并联后两端分别连接20pF电容C43和C49的一端，C43和C49另一端接地。NRST端(管脚7)是复位端，接0.1uF电容C62和10K电阻R103的一端，C62另一端接地，R103另一端接3.3V电压。PC0端、PC1端和PC2端(管脚8、管脚9和管脚10)分别通过引线PC0_M2、PC1_M2和PC2_M2连接同比例放大器(具体连接见“同向比例放大器”)，三个管脚用于电机2的同比例放大器输入，通过这三个管脚采集电机2的电流信号，进而计算出电机2的电流值。

PC3_BUS端(管脚11)连接母线电压电路(具体连接见“母线电压电路”)，处理器芯片U18使用ADC1_IN13(管脚(11))采集母线电压，母线电压经过分压电路分压后输入这个管脚，通过ADC实时采样分压点电压，进而对母线实时进行监测。

VSSA端(管脚12)接地；VDDA端(管脚13)接3.3V电压。

PA0_M2_HA端、PA1_M2_HB、PA4_M2_HC端和PB3_M1_HA端、PB4_M1_HB、PB5_M1_HC端(管脚14、管脚15、管脚20和管脚55、管脚56、管脚57)连接霍尔传感器电路(体连接见“霍尔传感器电路”)，将信号输入到处理器，处理器通过内置的TIM2的编码器接口(即管脚14、管脚15、管脚20和管脚55、管脚56、管脚57中几个的组合)对编码器信号进行采集，从而获得电机2的实时速度信息。

USART2_TX端、USART2_RX端(管脚16、管脚17)连接无线模块电路(具体连接见“无线模块电路”)，用于实时接收蓝牙数据信息，通过蓝牙指令对电机的目标速度，以及两个轮子的目标速度以及正反转进行修改，实现助行器的前进后退拐弯的功能。

VSS_4端(管脚18)接地，VDD_4端(管脚19)接3.3V电压。PA5_M1端、PA6_M1端、PC4_M1端(管脚21、管脚22、管脚24)连接同比例放大电路(具体连接见“同比例放大电路”)。三个管脚用于电机1的同比例放大器输入，通过这三个管脚采集电机1的电流信号，进而计算出电机2的电流值。电机1和电机2分别用于驱动智能助行器的左轮或右轮。

PA7端、PB0端、PB1端和PB13端、PB14端、PB15端和PC6端、PC7端、PC8端和PA8端、PA9端、PA10端(管脚23、管脚26、管脚27和管脚34、管脚35、管脚36和管脚37、管脚38、管脚39和管脚41、管脚42、管脚43)分别连接至电机驱动电路。其中，管脚23、管脚26、管脚27三个管脚用于使处理器产生SVPWM信号驱动电机2驱动桥电路的下桥臂；脚34、管脚35、管脚36三个管脚用于使处理器产生SVPWM信号驱动电机1驱动桥电路的下桥臂；管脚37、管脚38、管脚39三个管脚用于使处理器产生SVPWM信号驱动电机2驱动桥电路的上桥臂；PA8端、PA9端、PA10端三个管脚用于使处理器产生SVPWM信号驱动电机1驱动桥电路的上桥臂。

PC5_Temp端(管脚25)连接传感器电路中的温度传感器电路，使用该管脚的ADC1_IN4通道采集热敏电阻的电压信息，从而获得温度信息，实现过热保护。

USART3_TX端、USART3_RX端(管脚29、管脚30)连接传感器电路中的陀螺仪电路(体连接见“传感器电路”)，用于助行器上下坡的判断。

VSS_1端(管脚31)接地，VDD_1端(管脚32)接3.3V电压。

PB12端(管脚33)备用蜂鸣器接口,可用于连接蜂鸣器电路，引脚信号使蜂鸣器电路工作，驱动蜂鸣器鸣响。

PC9端(管脚40)悬空。

PA11端(管脚44)接PA11_BEEP连接图4中电源、蜂鸣器及开机显示电路中的蜂鸣器，用于控制蜂鸣器的响停，为用户产生声音提示信息。

PA12端、PA15端(管脚45、管脚50)连接至电机驱动电路中的隔离电路(具体连接见“电机驱动电路”)，分别用于控制电机2驱动电路中IR2110S的SD2管脚和电机1驱动电路中的SD1管脚，此管脚为高电平时SD2、SD1端为高电平，此时失能电机2和电机1的驱动电路。

SWDIO端、SWCLK端(管脚46、管脚49)连接至读写器的SWDIO和SWCLK，用于读写程序。P7是连接读写端口，P7的管脚1接地，管脚2连接处理器的SWCLK端(U18的管脚49)，管脚3连接处理器的SWDIO端(U18的管脚46)，管脚4连接+5V电压，用于程序的写入。

VSS_2端(管脚47)接地，VDD_2端(管脚48)接3.3V电压。

USART4_TX端、USART4_RX端和USART5_TX端、USART5_RX端和USART5_TX端、USART1_RX端(管脚51、管脚52和管脚53、管脚54和管脚58、管脚59)连接传感器电路中的超声波传感器电路，用于进行超声波通讯，接收与目标之间的距离信息，根据这个信息改变两个电机的目标速度和转向，达到控制目的。

BOOT0端(管脚60)低电平，接地。BOOT0＝0和BOOT1＝0同时为0，令程序在单片机的flash中进行调试。

PB8端、PB9端(管脚61、管脚62)接传感器电路中的压力传感器，用于接收压力传感器的信号，判断助行器手把的压力，通过两个ADC实时采样两个刹把压力传感器信息，根据这两个ADC信息对电机目标速度和转向进行修改，达到控制电机的目的。

VSS_3端(管脚63)接地，VDD_3端(管脚64)接3.3V。

电容C40、C50、C57、C63是处理器与电源之间的滤波电容，电容值为0.1uF，一端连接+3.3V电压，另一端接地。

电源管理电路包括电源转换电路，如图3所示，是电压转换电路，其中，U1是电压调节芯片，可选择LM2576HV，IN(管脚1)是输入端，与电解电容C6的正极连接，C6负极接地，C6是滤波电容，作用是滤除高频扰动，通过该低ESR的铝或钽电容作为旁路电容，防止在输入端出现大的瞬间电压，C6的电容值是220μF,耐压50V，C6的负极接地。

P1是接线端子，与锂电池连接，管脚1接锂电池正极，管脚2接锂电池负极并接地，锂电池一般输出电压为24V，用VCC表示，S1是开关，锂电池输出电压经过管脚1与开关S1一端连接，开关S1另一端与二极管正极连接，锂电池输出电压经过开关S1后电压用+24V表示，即二极管D4正极接+24V电压，二极管D4负极连接U1芯片的管脚1和C6电容的正极。Vout(管脚2)是输出端，接肖特基二极管D5的负极和100uH电感L1的一端。肖特基二极管D5的开关速度快、正向压降低、反向恢复时间短，起到续流作用；L1是储能电感；当U1芯片内部开关管截止期间，由于储能电感L1中的电流不能突变，所以，L1通过自感产生右正左负的脉冲电压。L1另一端作为+15V电压输出端，此+15V为稳定输出的电压。L1还与去耦电容C9的正极连接，C9的电容值是220uF，耐压16V。肖特基二极管D5的正极和电容C9的负极接地。GND(管脚3)是接地端。FEEDBACK(管脚4)是参考反馈端，连接电阻R8的一端和电阻R14的一端，R8电阻值为51K欧，R14的电阻值为2.7K欧。R14另一端接地。R8的另一端接+15V和电容C10的一端以及电容C9的正极，C10电容值为0.1uF，C10另一端接地。ON/OFF(管脚5)是芯片使能端，低电平有效，接地使能。LM2576HV-ADJ的作用是通过反馈端连接的电阻阻值的计算，将锂电池电压转换成15V的稳定电压。

为了得到稳定的电压5V，用稳压芯片U2，可选择LM2576HV-5，管脚IN(管脚1)是输入端，连接U1芯片输出的+15V电压，还连接电容C7的正极连接，C7是滤波电容，作用是滤除高频扰动，C7的电容值是220μF,耐压50V，C7的负极接地。Vout(管脚2)是输出端，接肖特基二极管D6的负极和100uH电感L2的一端，L2另一端的电压为+5V输出端，此+5V为稳定输出的电压。L2还与去耦电容C8的正极连接，C8的电容值是220uF，耐压16V。肖特基二极管D6的正极和电容C8的负极接地。GND(管脚3)是接地端，接地。FEEDBACK(管脚4)是参考反馈端，连接电容C8的正极。ON/OFF(管脚5)是芯片使能端，低电平有效，接地使能。

为了得到稳定的3.3V电压，采用的稳压芯片U3可选择LM1117-3.3。U3的输入端(管脚3)接稳压芯片U2的+5V输出端和电容C18的一端，C18的电容值为0.1uF，C18另一端接地。GND端(管脚1)接地。输出端(管脚2)输出+3.3V电压，连接电容C19的一端，C19的电容值为0.1uF，C19的另一端接地。

如图4所示，示出了电源管理电路中的电源指示电路、蜂鸣器电路及开机状态显示电路图，其中：电源指示电路中，D1是LED发光二极管，正极接稳压芯片U3的+3.3V电压输出端，负极接电阻R2，R2阻值是1K欧，R2另一端接地。

开机状态指示电路中，D10是发光二极管，正极接稳压芯片U3的+3.3V电压输出端，负极接电阻R60一端，R60阻值是1K欧，R60另一端接PC13_LED，PC3_LED接处理器U18的管脚2(PC13)。

蜂鸣器电路中，LS1是蜂鸣器，一端接电阻R52一端，R52阻值是75欧，R52另一端接稳压芯片U2的+5V电压输出端，LS1的另一端接三极管Q7的集电极，Q7是S8050，Q7的发射极接地，Q7的基极与电阻R64的一端连接，R64的阻值是1K欧，Q7的基极还与电阻R65的一端连接，R65的阻值是47K欧，R65的另一端接地。R64的另一端接处理器U18的管脚44(PA11_BEEP)。

如图5所示为电源管理电路中的母线电压电路图：

母线电压电路中，PC3_BUS为连接处理器U18的管脚11的引线，电池+24V电压正极端连接阻值为510K的电阻R54的一端，R54另一端与阻值为510K的电阻R63的一端连接，R63另一端与PC3_BUS和电阻R66连接，R66阻值为4.7K，R66另一端接地。母线电压电路作用是检测锂电池输出电量的高低。

如图6所示为无线控制电路，即蓝牙从机电路：无线控制线模块电路中，U7是蓝牙4.0芯片CC2541，管脚3连接阻值为1K的电阻R22的一端，R22另一端与发光二极管D7的负极连接，D7的正极与稳压芯片U3的+3.3V输出端连接，用于指示蓝牙电路是否工作。VCC(管脚10)接稳压芯片U3的+3.3V电压输出端，还与电容C24的一端连接，C24的电容值为0.1uF，C24另一端接地。GND(管脚11)接地。管脚12与电阻R32的一端连接，R32的阻值为1K，R32另一端与发光二极管D9的负极连接，D9的正极与+3.3V电压连接，用于指示主从机(主从机是指两个蓝牙模块或蓝牙设备之间进行通信，进行数据通信的双方一个是主机，另一个是从机)的工作状态。管脚17和管脚18分别与处理器U18的USART2_TX、USART2_RX(管脚16、管脚17)连接。管脚19与电阻R21的一端连接，R21阻值为0，R21的另一端接+3.3V电压。

如图7所示，为传感器电路：

陀螺仪的接线端子P3接陀螺仪，P3的管脚1悬空，管脚2接电阻R30的一端，R30阻值为1K，R30另一端接处理器U18的USART3_RX端。管脚3接电阻R31的一端，R31阻值为1K欧，R31另一端接处理器U18的USART3_TX端。管脚4接+3.3V，管脚5悬空，管脚6接地。

温度传感器电路，R25是温度传感器(例如NTC)，R25一端接+3.3V电压，另一端接处理器的U18的PC5_Temp端(U18的管脚25)。R25的另一端还与电阻R35和电容C21的一端连接，R35的阻值为10K，C21的电容值为0.1uF，R35和C21的另一端接地。

超声波传感器接线端子P8、P9、P10分别接超声波传感器1、超声波传感器2、超声波传感器3。P8、P9、P10的管脚1接+5V电压，管脚2和管脚3分别接处理器U18的USART5_TX(管脚53)、USART5_RX(管脚54)、USART4_TX(管脚51)、USART4_RX(管脚52)、USART1_TX(管脚58)、USART1_RX(管脚59)。管脚4悬空，管脚5接地。

压力传感器电路，主要由放大器UP1和UP2组成，UP1和UP2为MCP6001。UP1的管脚1与处理器U18的PB8端连接(U18的管脚61)，管脚1还与管脚4连接，管脚2接地。管脚3与压力传感器RP1的一端连接，RP1另一端接+3.3V电压，管脚3还与电阻RP3的一端连接，RP3的阻值为15K，RP3的另一端接地，管脚5接+3.3V电压，且通过电容接地。

UP2的管脚1与处理器U18的PB9端连接(U18的管脚62)，管脚1还与管脚4连接，管脚2接地。管脚3与压力传感器RP2的一端连接，RP2另一端接+3.3V电压，管脚3还与电阻RP4的一端连接，RP4的阻值为15K，RP4的另一端接地，管脚5接+3.3V电压，且通过电容接地。

如图8所示，为电机霍尔传感器电路：

电机1接线端子P2连接电机1的三根电源线，即连接电机1的MU_M1、MV_M1、MW_M1端。电机1的霍尔传感器接线端子HALL1连接电机1的霍尔传感器。其中，HALL1的管脚1接+5V电压，还与滤波电容C3一端连接，C3电容值为0.1uF，C3另一端接地。管脚2、管脚3、管脚4分别与电阻R11、电阻R12、电阻R13的一端连接，R11、R12、R13的阻值为68欧，R11、R12、R13的另一端分别与处理器U18的PB3_M1_HA(管脚55)、PB4_M1_HB(管脚56)、PB5_M1_HC(管脚57)连接，同时分别连接上拉电阻R3、R4、R5的一端和下拉电容C15、C16、C17的一端，R3、R4、R5的阻值为10K，C15、C16、C17的电容值为0.1uF，R3、R4、R5的另一端接+3.3V电压，C15、C16、C17的另一端接地。

电机2的接线端子P6连接电机2的三根电源线，即连接电机2的MU_M2、MV_M2、MW_M2端。电机2的霍尔传感器接线端子HALL2连接电机2的霍尔传感器。其中，HALL2的管脚1接+5V电压，还与滤波电容C37一端连接，C37电容值为0.1uF，C37另一端接地。管脚2、管脚3、管脚4分别与电阻R74、电阻R76、电阻R77的一端连接，R74、R76、R77的阻值为68欧，R74、R76、R77的另一端分别与处理器U18的PA0_M2_HA(管脚14)、PA1_M2_HB(管脚15)、PA4_M2_HC(管脚20)连接，同时连接上拉电阻R67、R68、R69的一端和下拉电容C46、C47、C48的一端，R67、R68、R69的阻值为10K，C46、C47、C48的电容值为0.1uF，R67、R68、R69的另一端接+3.3V电压，C46、C47、C48的另一端接地。

如图9-1所示，为电机驱动及反馈电路1：

U3、U4、U5、U6、U9、U13芯片是TLP715，TLP715是高速光耦隔离芯片，作用是进行数字器件和功率器件的隔离，将处理器发出的信号变为更有效的高电压的电机驱动信号，同时避免电机产生的大的感应电压损坏单片机。

U3的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PA9(TIM1_CH2)端，即处理器的管脚42。U3的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R9的一端，R9另一端接地。GND端(管脚4)是接地端,接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U28的第一HIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C1的一端连接，C1的另一端接地。

U5的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PB14(TIM1_CH2N)端，即处理器的管脚35。U5的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R17的一端，R17另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，Vout端(管脚5)是输出端，与U28的第二LIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C11的一端连接，C11的另一端接地。

U28芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R15的一端，R15另一端连接场效应管Q3的基极，Q3是MOS管IR540。Q3的发射极连接采样电阻R19的一端，R19的阻值为0.05欧，R19另一端接地，Q3的发射极还与IVV端连接，IVV是采样电压,连接到对应电机的同比例放大电路上。Q3的集电极与MV_M1连接，MV_M1是电机1的三根电源线的一端。Q3的集电极与场效应管Q1的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C13的一端连接，C13的电容值为0.1uF，C13的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MV_M1，还与自举电容C4的一端连接，C4的另一端与VB端(管脚7)连接，C4的电容值为2.2uF，在Q3导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C4充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C4的存在使MOS管Q1和Q3只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D2的负极，D2为1N4148，D2的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R6的一端，R6的另一端连接MOS管Q1的基极，Q1为IR540，Q1的集电极连接+24V电压，Q1的发射极与MV_M1和Q3的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U3的Vout端(U3的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U12的输出端SD1。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U5的Vout端(U5的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U4的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PA8(TIM1_CH1)端，即处理器的管脚41。U4的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R10的一端，R10另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，Vout端(管脚5)是输出端，与U29(管脚12)的HIN端连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C2的一端连接，C2的另一端接地。

U6的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PB13(TIM1_CH1N)端，即处理器的管脚34。U6的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R18的一端，R18另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U29的LIN端(管脚14)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C12的一端连接，C12的另一端接地。

以上述芯片U28的驱动半桥的电路为例对其进行说明如下(本发明中其他与之类似电路的说明与其类同)：C4、D2分别为自举电容和二极管，C13为VCC的滤波电容。假定在Q1关断期间，C4已充到足够的电压(Vc4≈Vcc)。那么，HIN为高电平时HO开通，LO关断，Vc4加到Q1的门极和发射极之间，C4通过HO、R6和Q1门极栅极电容Cq1放电，从而使Cq1被充电。此时，Vc4可等效为一个电压源。而当HIN为低电平时，LO开通，HO断开，Q1栅电荷迅速释放，使Q1关断。然后经短暂的死区时间(td)之后，LIN为高电平，Q2开通，VCC经D2，Q2给C14充电，并迅速为C4补充能量，并如此循环反复。注意这里的R19，是5W0.05欧姆的采样电阻，流经电机的电路全部要通过这个电阻，那么这个电阻会在网络节点IVV处产生一个很小的感应电压，之所以选择采样电阻的阻止为0.05欧姆，是因为尽量避免采样电阻对电机工作回路的影响，因为这个感应电压会非常小，所以我们在采集电压的时候采用了同比例放大器将这个电压放大后再进行采样。

在整个的控制过程中使用了双闭环方式对速度和电流进行控制，电流环为内环，速度环为外环，电流环的目标电流是我们设定的，反馈电流是通过ADC采样电机驱动器电路的5W 0.05欧姆的电阻上的感应电压实现的，然后通过PID算法进行闭环调节；速度环的目标速度也是我们设定的，然后通过定时器的编码器接口获得实时的速度信息，然后再经过PID算法进行闭环调节。

U29芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R16的一端，R16另一端连接Q4的基极，Q4是MOS管IR540。Q4的发射极连接采样电阻R20的一端，R20的阻值为0.05欧，R20另一端接地，Q4的发射极还与IUU连接，IUU是采样电压，连接到对应电机的同比例放大电路上。Q4的集电极与MU_M1连接，MU_M1是电机1的三根电源线的一端。Q4的集电极与Q2的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C14的一端连接，C14的电容值为0.1uF，C14的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MU_M1，还与自举电容C5的一端连接，C5的另一端与VB端(管脚7)连接，C5的电容值为2.2uF，在Q4导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C5充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C5的存在使MOS管Q2和Q4只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D3的负极，D3为1N4148，D3的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R7的一端，R7的另一端连接MOS管Q2的基极，Q2为IR540，Q2的集电极连接+24V电压，Q2的发射极与MU_M1和Q4的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U4的Vout端(U4的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U12的输出端SD1。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U6的Vout端(U6的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U9的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PA10(TIM1_CH3)端，即处理器的管脚43。U9的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R40的一端，R40另一端接地。GND端(管脚4)是接地端,接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U30的HIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C20的一端连接，C20的另一端接地。

U13的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PB15(TIM1_CH3N)端，即处理器的管脚42。U13的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R48的一端，R48另一端接地。GND端(管脚4)是接地端,接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U30的LIN端(管脚14)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C28的一端连接，C28的另一端接地。

U30芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R46的一端，R46另一端连接Q6的基极，Q6是MOS管IR540。Q6的发射极连接采样电阻R57的一端，R57的阻值为0.05欧，R57另一端接地，Q6的发射极还与IWW连接，IWW是采样电压，连接到对应电机的同比例放大电路上。Q6的集电极与MW_M1连接，MW_M1是电机1的三根电源线的一端。Q6的集电极与Q5的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C29的一端连接，C29的电容值为0.1uF，C29的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MW_M1，还与自举电容C27的一端连接，C27的另一端与VB端(管脚7)连接，C27的电容值为2.2uF，在Q6导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C27充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C27的存在使MOS管Q5和Q6只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D8的负极，D8为1N4148，D8的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R41的一端，R41的另一端连接MOS管Q5的基极，Q5为IR540，Q5的集电极连接+24V电压，Q5的发射极与MW_M1和Q6的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U9的Vout端(U9的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U12的输出端SD1。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U13的Vout端(U13的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U12是光耦隔离芯片，PC817，作用是进行数字器件和功率器件的隔离，避免电机产生的大的感应电压损坏单片机，从而在应对紧急刹车时，电路对电机提供准确的控制信号。主要是控制的紧急刹车功能，使用的是低速光耦隔离芯片。管脚1是输入端，连接处理器U18的PA15_Motor1端(U18的管脚50)。管脚2是接地端，连接360欧电阻R44的一端，R44另一端接地。管脚3是电源端，连接+15V电压。管脚4是输出端，输出SD1，连接U28、U29和U30的SD端(U28、U29和U30的管脚13)。

上述图9-1电路中，U28/U29/U30及其外围电路构成三个MOS管的驱动电路，每个无刷直流电机的驱动由三个这样的电路构成三相六臂全桥驱动电路，电路中的高速光耦TLP715，用于数字信号和模拟信号的隔离，避免在电机运行过程中模拟脉冲信号反馈到数字处理器端口，造成处理器的损坏，减少故障。电路中的IR2110S集成了上桥臂驱动输出和下桥臂驱动输出，同时内部集成了数字电平和模拟电平的转换电路，干扰脉冲分析电路以及电源欠压保护电路，实现了高频安全控制，最高频率可以达到500kHZ。

下面对同比例放大电路的结构进行说明：同比例放大电路包括U10、U11、U14和U15，U10、U11、U14和U15包含在一片MCP6024芯片中，主要作用是加法放大器：其中：

管脚1是U15的输出端，输出VEEF1，作为U10、U11和U14的参考电压。管脚1与管脚2连接，管脚1还与电容C33的一端连接，C33的电容值是0.1uF，C33的另一端接地。管脚3分别与电阻R51、R62和电容C34的一端连接，R51、R62的电阻值为10K，C34的电容值为0.1uF，R62和C34的另一端接地，R51的另一端连接+3.3V电压，R51的另一端还与电容C30的一端连接，C30的电容值为0.1uF,C30的另一端接地。管脚4是电源端，连接+3.3V电压。管脚11是接地端，接地。U15的作用是根据R51和R62的电阻值将+3.3V分压，输出VREF1为+1.65V的参考电压。

管脚5是U10的正极端，连接电阻R37和R42的一端，R42的阻值为10K，R42的另一端与VREF1连接，即与+1.65V的参考电压连接。R37的阻值为1K，R37的另一端分别与电阻R36和电容C22的一端连接，R36的阻值为1K，C22的电容值为100pF,R36另一端与采样电压IWW连接。C22的另一端分别与电阻R26、R27的一端连接，R26、R27的阻值为1K，R26的另一端接地，R27的另一端与管脚6和电阻R23的一端连接。管脚6，与电阻R27、R23的一端连接，R23的阻值为21.1K，R23的另一端与管脚7和电阻R33的一端连接。管脚7与电阻R23的另一端、R33的一端连接，R33的阻值为1K，R33的另一端与处理器U18的PA5_M1端(U18的管脚21)和电容C25连接的一端，C25的电容值为100pF，C25的另一端接地。U10的作用是将采样电压IWW放大后输出，给处理器U18的PA5_M1端(U18的管脚21)，用于作为U18控制电机的转速的依据。

管脚12是U14的正极端，连接电阻R56和R61的一端，R61的阻值为10K，R61的另一端与VREF1连接，即与+1.65V的参考电压连接。R56的阻值为1K，R56的另一端分别与电阻R55和电容C31的一端连接，R55的阻值为1K，C31的电容值为100pF,R55另一端与采样电压IVV连接。C31的另一端分别与电阻R49、R50的一端连接，R49、R50的阻值为1K，R49的另一端接地，R50的另一端与管脚13和电阻R45连接。管脚13，与电阻R50、R45连接，R45的阻值为21.1K，R45的另一端与管脚14和电阻的一端R53连接。管脚14与电阻R45、R53连接，R53的阻值为1K，R53的另一端与处理器U18的PA6_M1端(U18的管脚22)和电容C32的一端连接，C32的电容值为100pF，C32的另一端接地。U14的作用是将采样电压IVV放大后输出，给处理器的PA6_M1端(U18的管脚22)，用于控制电机的转速。

管脚10是U11的正极端，连接电阻R39和R43的一端，R43的阻值为10K，R43的另一端与VREF1连接，即与+1.65V的参考电压连接。R39的阻值为1K，R39的另一端分别与电阻R38和电容C23的一端连接，R38的阻值为1K，C23的电容值为100pF,R38另一端与采样电压IUU连接。C23的另一端分别与电阻R28、R29的一端连接，R28、R29的阻值为1K，R28的另一端接地，R29的另一端与管脚9和电阻R24一端连接。管脚9，与电阻R29、R24连接，R24的阻值为21.1K，R24的另一端与管脚8和电阻R34的一端连接。管脚8与电阻R24、R34连接，R34的阻值为1K，R34的另一端与处理器的PC4_M1端(U18的管脚24)和电容C26的一端连接，C26的电容值为100pF，C26的另一端接地。U11的作用是将采样电压IUU放大后输出，给处理器的PC4_M1端(U18的管脚24)，用于控制电机的转速。

如图9-2所示，为电机驱动及反馈电路2：

U16、U17、U19、U20、U21、U25芯片是TLP715，TLP715是高速光耦隔离芯片，作用是进行数字器件和功率器件的隔离，将处理器发出的信号变为更有效的高电压的电机驱动信号，同时避免电机产生的大的感应电压损坏单片机。

U16的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PC7(TIM8_CH2)端，即处理器的管脚23。U16的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R72的一端，R72另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U31的HIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚4)连接+15V电压，还与0.1uF电容C35的一端连接，C35的另一端接地。

U19的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PB0(TIM1_CH2N)端，即处理器的管脚26。U19的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R80的一端，R80另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，Vout端(管脚5)是输出端，与U31的LIN端(管脚4)连接。VCC端(管脚4)连接+15V电压，还与0.1uF电容C41的一端连接，C41的另一端接地。

U31芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R78的一端，R78另一端连接Q10的基极，Q10是MOS管IR540。Q10的发射极连接采样电阻R83的一端，R83的阻值为0.05欧，R83另一端接地，Q10的发射极还与IV连接，IV是采样电压，连接到对应电机的同比例放大电路上。Q10的集电极与MV_M2连接，MV_M2是电机2的三根电源线的一端。Q10的集电极与Q8的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C44的一端连接，C44的电容值为0.1uF，C44的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MV_M2，还与自举电容C38的一端连接，C38的另一端与VB(管脚7)连接，C38的电容值为2.2uF，在Q10导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C38充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C38的存在使MOS管Q10和Q8只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D11的负极，D11为1N4148，D11的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R70的一端，R70的另一端连接MOS管Q8的基极，Q8为IR540，Q8的集电极连接+24V电压，Q8的发射极与MV_M2和Q10的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U16的Vout端(U16的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U24的输出端SD2。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U19的Vout端(U19的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U17的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PC6(TIM8_CH1)，即处理器的管脚37。U17的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R73的一端，R73另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U32的HIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚4)连接+15V电压，还与0.1uF电容C36的一端连接，C36的另一端接地。

U20的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PA7(TIM8_CH1N)，即处理器的管脚23。U20的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R81的一端，R81另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U32的LIN端(管脚14)连接。VCC端(管脚4)连接+15V电压，还与0.1uF电容C42的一端连接，C42的另一端接地。

U32芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R79的一端，R79另一端连接Q11的基极，Q11是MOS管IR540。Q11的发射极连接采样电阻R84的一端，R84的阻值为0.05欧，R84另一端接地，Q11的发射极还与IU连接，IU是采样电压，连接到对应电机的同比例放大电路上。Q11的集电极与MU_M2连接，MU_M2是电机2的三根电源线的一端。Q11的集电极与Q9的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C45的一端连接，C45的电容值为0.1uF，C45的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MU_M2，还与自举电容C39连接，C39的另一端与VB(管脚7)连接，C39的电容值为2.2uF，在Q11导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C39充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C39的存在使MOS管Q11和Q9只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D12的负极，D12为1N4148，D12的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R71的一端，R71的另一端连接MOS管Q9的基极，Q9为IR540，Q9的集电极连接+24V电压，Q9的发射极与MU_M2和Q11的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U17的Vout端(U17的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U24的输出端SD2。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U20的Vout端(U20的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U21的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PC8(TIM8_CH3)，即处理器的管脚39。U21的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R98的一端，R98另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U33的HIN端(管脚12)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C51的一端连接，C51的另一端接地。

U25的ANODE端(管脚1)连接处理器U18的PB1(TIM8_CH3N)，即处理器的管脚27。U25的NC端(管脚2)悬空，CATHODE端(管脚3)连接360欧电阻R108的一端，R108另一端接地。GND端(管脚4)是接地端，接地，Vout端(管脚5)是输出端，与U33的LIN端(管脚14)连接。VCC端(管脚6)连接+15V电压，还与0.1uF电容C58的一端连接，C58的另一端接地。

U33芯片是IR2110S，是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片。其中，管脚4、5、9、10、16为NC端，悬空。Lo端(管脚1)是低端输出端，连接22欧电阻R104的一端，R104另一端连接Q13的基极，Q13是MOS管IR540。Q13的发射极连接采样电阻R113的一端，R113的阻值为0.05欧，R113另一端接地，Q13的发射极还与IW连接，IW是采样电压，连接到对应电机的同比例放大电路上。Q13的集电极与MV_M2连接，MW_M2是电机2的三根电源线的一端。Q13的集电极与Q12的发射极连接。COM端(管脚2)是公共端，接地。VCC端(管脚3)是低端固定电源电压端，接+15V电压，还与滤波电容C59的一端连接，C59的电容值为0.1uF，C59的另一端接地。VS端(管脚6)是高端浮置电源偏移电压端，连接MW_M2，还与自举电容C56连接，C56的另一端与VB(管脚7)连接，C56的电容值为2.2uF，在Q13导通期间，使VS端的电位拉低到地，通过自举电容C56充电，在VB和VS之间形成一个悬浮电源。自举电容C56的存在使MOS管Q13和Q12只需要一个电源。VB端(管脚7)是高端浮置电源电压端，连接二极管D13的负极，D13为1N4148，D13的正极连接+15V电压。HO端(管脚8)是高端输出端，连接22欧的电阻R97的一端，R97的另一端连接MOS管Q12的基极，Q12为IR540，Q12的集电极连接+24V电压，Q12的发射极与MW_M2和Q13的集电极连接。VDD端(管脚11)是逻辑电源电压端，连接+15V电压。HIN端(管脚12)是逻辑高端输入端，连接U21的Vout端(U21的管脚5)。SD端(管脚13)是使能端，连接光耦隔离元件U24的输出端SD2。LIN端(管脚14)是逻辑低端输入端，连接U23的Vout端(U23的管脚5)。VSS端(管脚15)是逻辑电路地电位端，接地。

U24是光耦隔离芯片，PC817，作用是进行数字器件和功率器件的隔离，避免电机产生的大的感应电压损坏单片机，从而在应对紧急刹车时，电路对电机提供准确的控制信号。使用的是低速光耦隔离芯片。管脚1是输入端，连接处理器U18的PA12_Motor2(U18的管脚45)。管脚2是接地端，连接360欧电阻R101的一端，R101另一端接地。管脚3是电源端，连接+15V电压。管脚4是输出端，输出SD2，连接U31、U32和U33的SD端(U31、U32和U33的管脚13)。

下面对同比例放大电路的结构进行说明：同比例放大电路包括U22、U23、U26和U27，U22、U23、U26和U27包括在一片MCP6024芯片中，主要作用是加法放大器，其中：

管脚1是U27的输出端，输出VEEF1，作为U22、U23和U26的参考电压。管脚1与管脚2连接，管脚1还与电容C65的一端连接，C65的电容值是0.1uF，C65的另一端接地。管脚3分别与电阻R109、R115和电容C66的一端连接，R109、R115的电阻值为10K，C66的电容值为0.1uF，R115和C66的另一端接地，R109的另一端连接+3.3V电压，R109的另一端还与电容C60的一端连接，C60的电容值为0.1uF,C60的另一端接地。管脚4是电源端，连接+3.3V电压。管脚11是接地端，接地。U27的作用是根据R109和R115的电阻值将+3.3V分压，输出VREF1为+1.65V的参考电压。

U22的正极端管脚5连接电阻R94和R99的一端，R99的阻值为10K，R99的另一端与VREF2连接，即与+1.65V的参考电压连接。R94的阻值为1K，R94的另一端分别与电阻R93和电容C52的一端连接，R93的阻值为1K，C52的电容值为100pF,R93另一端与采样电压IW连接。C52的另一端分别与电阻R87、R88的一端连接，R87、R88的阻值为1K，R87的另一端接地，R88的另一端与管脚6和电阻R85一端连接。管脚6，与电阻R88、R85连接，R85的阻值为21.1K，R85的另一端与管脚7和电阻R91的一端连接。管脚7与电阻R85、R91连接，R91的阻值为1K，R91的另一端与处理器的PC1_M2端(U18的管脚9)和电容C54的一端连接，C54的电容值为100pF，C54的另一端接地。U22的作用是将采样电压IW放大后输出，给处理器的PC1_M2端(U18的管脚9)，用于控制电机的转速。

U26的正极端管脚12连接电阻R112和R114的一端，R114的阻值为10K，R114的另一端与VREF2连接，即与+1.65V的参考电压连接。R112的阻值为1K，R112的另一端分别与电阻R111和电容C61的一端连接，R111的阻值为1K，C61的电容值为100pF,R111另一端与采样电压IV连接。C61的另一端分别与电阻R106、R107的一端连接，R106、R107的阻值为1K，R106的另一端接地，R107的另一端与管脚13和电阻R102的一端连接。管脚13，与电阻R107、R102连接，R102的阻值为21.1K，R102的另一端与管脚14和电阻R110的一端连接。管脚14与电阻R102、R110连接，R110的阻值为1K，R110的另一端与处理器的PC2_M2端(U18的管脚10)和电容C64的一端连接，C64的电容值为100pF，C64的另一端接地。U26的作用是将采样电压IV放大后输出，给处理器的PC2_M2端(U18的管脚10)，用于控制电机的转速。

U23的正极端管脚10连接电阻R96和R100的一端，R100的阻值为10K，R100的另一端与VREF2连接，即与+1.65V的参考电压连接。R96的阻值为1K，R96的另一端分别与电阻R95和电容C53的一端连接，R95的阻值为1K，C53的电容值为100pF,R95另一端与采样电压IU连接。C53的另一端分别与电阻R89、R90的一端连接，R89、R90的阻值为1K，R89的另一端接地，R90的另一端与管脚9和电阻R86的一端连接。管脚9，与电阻R86、R90连接，R86的阻值为21.1K，R86的另一端与管脚8和电阻R92的一端连接。管脚8与电阻R86、R92连接，R92的阻值为1K，R92的另一端与处理器的PC0_M2端(U18的管脚8)和电容C55的一端连接，C55的电容值为100pF，C55的另一端接地。U23的作用是将采样电压IU放大后输出，给处理器的PC0_M2端(U18的管脚8)，用于控制电机的转速。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

本发明能够使智能助行器控制系统稳定运行，适应各种复杂路况，在使用者的操作助行器时，检测步行姿态和手扶助行器扶手的状况，有助于使用者改善步态和防止跌倒。

Claims

1.一种智能助行器控制电路，包括处理器电路、电源管理电路、无线控制电路、传感器电路、电机霍尔传感器电路、电机驱动及反馈电路，其特征在于：电源管理电路包括电压转换电路、母线电压电路、电源及开机状态显示电路；无线控制电路包括蓝牙从机电路；传感器电路包括温度传感器电路、超声波传感器电路、陀螺仪电路、压力传感器电路；电机驱动及反馈电路包括电流驱动电路、隔离电路、同比例放大电路；

电源管理电路包括电压转换电路，该电压转换电路包括电压调节芯片U1和接线端子P1，U1管脚1是输入端，与电解电容C6的正极连接，C6负极接地；P1管脚1接锂电池正极，管脚2接锂电池负极并接地，锂电池输出电压经过管脚1与开关S1一端连接，开关S1另一端与二极管正极连接，二极管D4负极连接U1的管脚1和电容C6的正极；P1管脚2接肖特基二极管D5的负极和100uH电感L1的一端,L1另一端作为+15V电压输出端；L1还与去耦电容C9的正极连接，肖特基二极管D5的正极和电容C9的负极接地；P1管脚3是接地端,管脚4连接电阻R8的一端和电阻R14的一端,R14另一端接地,R8的另一端接+15V和电容C10的一端以及电容C9的正极，C10另一端接地；

所述的智能助行器控制电路，其中：蓝牙从机电路包括是蓝牙芯片U7，U7管脚3连接阻值为1K的电阻R22的一端，R22另一端与发光二极管D7的负极连接，D7的正极与稳压芯片U3的+3.3V输出端连接，U7管脚10接稳压芯片U3的+3.3V电压输出端，还与电容C24的一端连接，C24另一端接地；U7管脚11接地,管脚12与电阻R32的一端连接，R32另一端与发光二极管D9的负极连接，D9的正极与+3.3V电压连接，管脚17和管脚18分别与处理器U18的管脚16、管脚17连接；管脚19与电阻R21的一端连接，R21的另一端接+3.3V电压；

所述的智能助行器控制电路，其中：电机驱动及反馈电路包括高速光耦隔离芯片U3、U4、U5、U6，其中U3的管脚1连接处理器U18的管脚42，U3的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R9的一端，R9另一端接地，管脚4接地，管脚5与双通道、栅极驱动、高压高速功率的电机驱动芯片U28的管脚12，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C1的一端连接，C1的另一端接地；U5管脚1连接处理器U18的管脚35，U5的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R17的一端，R17另一端接地，管脚4接地，管脚5与U28的管脚12连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C11的一端连接，C11的另一端接地；U28管脚4、5、9、10、16悬空，管脚1连接22欧电阻R15的一端，R15另一端连接场效应管Q3的基极，Q3的发射极连接采样电阻R19的一端，R19另一端接地，Q3的发射极还与IVV端连接，IVV是采样电压,连接到对应电机的同比例放大电路上；U4的管脚1连接处理器U18的管脚41，U4的管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R10的一端，R10另一端接地，管脚4接地，管脚5与U29管脚12连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C2的一端连接，C2的另一端接地；U6管脚1连接处理器U18的管脚34，U6管脚2悬空，管脚3连接360欧电阻R18的一端，R18另一端接地，管脚4接地，管脚5与U29的管脚14连接，管脚6连接+15V电压，还与0.1uF电容C12的一端连接，C12的另一端接地；所述的智能助行器控制电路，其中：电机驱动及反馈电路包括同比例放大电路，同比例放大电路包括加法放大器U10、U11、U14和U15，其中管脚1是U15的输出端，输出VEEF1，作为U10、U11和U14的参考电压；管脚1与管脚2连接，管脚1还与电容C33的一端连接C33的另一端接地，管脚3分别与电阻R51、R62和电容C34的一端连接，R62和C34的另一端接地，R51的另一端连接+3.3V电压，R51的另一端还与电容C30的一端连接C30的另一端接地，管脚4是电源端，连接+3.3V电压，管脚11是接地端，接地；管脚5是U10的正极端，连接电阻R37和R42的一端，R42的另一端与VREF1连接；R37的另一端分别与电阻R36和电容C22的一端连接，R36另一端与采样电压IWW连接，C22的另一端分别与电阻R26、R27的一端连接，R26的另一端接地，R27的另一端与管脚6和电阻R23的一端连接，管脚6与电阻R27、R23的一端连接，R23的另一端与管脚7和电阻R33的一端连接，管脚7与电阻R23的另一端、R33的一端连接，R33的另一端与处理器U18的管脚21和电容C25连接的一端，C25的另一端接地；管脚12是U14的正极端，连接电阻R56和R61的一端，R61的另一端与VREF1连接，R56的另一端分别与电阻R55和电容C31的一端连接，R55另一端与采样电压IVV连接；C31的另一端分别与电阻R49、R50的一端连接，R49 的另一端接地，R50的另一端与管脚13和电阻R45连接，管脚13与电阻R50、R45连接，R45的另一端与管脚14和电阻的一端R53连接，管脚14与电阻R45、R53连接，R53的另一端与处理器U18的管脚22和电容C32的一端连接，C32的另一端接地；管脚10是U11的正极端，连接电阻R39和R43的一端，R43的另一端与VREF1连接，R39的阻值为1K，R39的另一端分别与电阻R38和电容C23的一端连接，R38另一端与采样电压IUU连接；C23的另一端分别与电阻R28、R29的一端连接，R28的另一端接地，R29的另一端与管脚9和电阻R24一端连接，管脚9与电阻R29、R24连接，R24的另一端与管脚8和电阻R34的一端连接，管脚8与电阻R24、R34连接，R34的另一端与处理器的管脚24和电容C26的一端连接，C26的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器电路包括处理器芯片，处理器芯片的管脚8、管脚9和管脚10分别连接PC0_M2、PC1_M2和PC2_M2，PC0_M2、PC1_M2和PC2_M2连接同向比例放大器，管脚8、管脚9和管脚10用于第二电机的同比例放大器输入，通过这三个管脚采集第二电机的电流信号，进而由处理器芯片计算出第二电机的电流值。

3.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚11连接母线电压电路使用ADC1_IN13采集母线电压，母线电压经过分压电路分压后输入管脚11，通过ADC实时采样分压点电压，进而对母线实时进行监测。

4.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚14、管脚15、管脚20、管脚55、管脚56、管脚57连接霍尔传感器电路,将信号输入到处理器。

5.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚16、管脚17连接无线模块电路。

6.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚18接地，管脚19接3.3V电压，管脚21、管脚22、管脚24连接同比例放大电路。

7.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚23、管脚26、管脚27和管脚34、管脚35、管脚36和管脚37、管脚38、管脚39和管脚41、管脚42、管脚43分别连接至电机驱动电路。

8.根据权利要求1所述的智能助行器控制电路，其特征在于：处理器芯片的管脚25连接传感器电路中的温度传感器电路；管脚29、管脚30连接传感器电路中的陀螺仪电路；管脚44接PA11_BEEP连接电源处理电路的电源、蜂鸣器及开机显示电路中的蜂鸣器；管脚45、管脚50连接至电机驱动电路中的隔离电路；管脚46、管脚49连接至读写器的SWDIO和SWCLK；管脚51、管脚52和管脚53、管脚54和管脚58、管脚59连接传感器电路中的超声波传感器电路；管脚61、管脚62接传感器电路中的压力传感器。