CN203232269U - 一种电动滑板控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电动滑板控制系统，属于电动滑板技术领域。它解决了现有的电动滑板在遥控时易被干扰且电机工作效率低的问题。本电动滑板控制系统包括遥控器电路部分和滑板电路部分，遥控器电路部分包括遥控器处理器和控制信号发送模块，遥控器处理器与遥控器的控制开关和控制信号发送模块电连接，滑板电路部分包括控制信号接收模块和滑板处理器，滑板处理器与控制电机动作的电机驱动模块连接，控制系统还包括用于监测滑板与遥控器间距的距离控制装置，当间距超过设定值时，距离控制装置通过上述遥控器处理器控制滑板停止运转。本实用新型的优点在于增设了距离控制准确的距离控制装置，当人远离滑板时可控制滑板及时停下，提高了安全性。

Description

一种电动滑板控制系统

技术领域

本实用新型属于电动滑板技术领域，涉及一种电动滑板控制系统。

背景技术

电动滑板是在90年代后期，在普通滑板的基础上演变而来的，其外形与普通滑板类似，一块木板、四个轮子、没有车把、没有机械刹车，采用无线控制，而且最高车速超过40千米/小时。有了强劲的动力，就可以脱离U型池的限制，可以在各种地形做高速度、高难度的动作，可以在广场、道路上高速驰骋。在大多数欧美国家，滑板可以作为交通工具，因此，电动滑板集极限运动、休闲娱乐、交通工具于一身，具有广阔的市场前景。

电动滑板的控制系统，在拓扑结构上与遥控电动玩具类似，由遥控器、接收电路，电机控制、电动机等构成，但是性能要求和电路结构有着本质的区别。由于人在车上，高速度、没有车把、没有机械刹车，采用无线控制，因此对产品的安全性提出了很高的要求：其电机控制系统不仅要求能够平稳调速，而且能够实现全部的刹车功能；其无线通讯系统要求抗干扰性能好、稳定可靠，而且必须实现距离控制，人离开车子3米以上需要能实现自动停车。

如中国专利所提供的“电动滑板的控制装置”，其授权公告号为CN2782171Y，该电动滑板的控制装置包括手握式无线控制信号发生器，电动滑板上设有控制信号接收器，控制信号接收器经信号处理后控制电动滑板的电机动作，手握式无线控制信号发生器的壳体设有信号传输部，滑板上设有导体，导体是控制信号接收器的接收端，导体与控制信号接收器间电连接。

上述专利中，采用280KHz左右的LF波段调频无线通讯，利用人体的导电性将控制信号从遥控器传递到电动滑板，而不往外发射磁场信号。采用如此低的频率，一方面避开了广播电台等各种无线电应用频率，另一方面可以很好的实现近距离可靠控制，做到人离即停。该技术方案的缺陷是：1、对直流电动机的调速，普遍采用脉宽调制（PWM）方式，采用MOSFET、IGBT等半导体功率元件实现大电流大功率的控制，其开通和关断过程都会对滑板上的信号接收电路产生无线电干扰，且频率越高干扰越大。受到LF波段通讯频率的限制，PWM频率只能在1KHz以下。然而根据电机绕组的电感量，PWM频率需要达到一定的数值以上，电机绕组中电流才是相对平稳连续的。因此该产品的电机电流是脉冲状非连续的，而且电流峰值非常大，造成电机扭矩小、效率较低、发热大，这样的技术方案也不适用于无刷电机和锂电池,因此，上一代产品笨重、低效率。2、280KHz左右的LF波段调频无线通讯，无法使用固化频率器件，只能使用落后的中周，采用LC谐振的方法决定收发频率，因而频率稳定性差，影响信号传递效果。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有电动滑板的控制系统所存在的上述问题，而提出了一种安全可靠，能准确实现距离控制的电动滑板控制系统。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种电动滑板控制系统，包括遥控器电路部分和滑板电路部分，遥控器电路部分包括遥控器处理器和控制信号发送模块，遥控器处理器与遥控器的控制开关和控制信号发送模块电连接，所述的滑板电路部分包括控制信号接收模块和滑板处理器，滑板处理器与控制电机动作的电机驱动模块连接，其特征在于，所述的控制系统还包括用于监测滑板与遥控器间距的距离控制装置，当间距超过设定值时，距离控制装置通过上述遥控器处理器控制滑板停止运转。

用户通过遥控器上的控制开关来控制滑板的前进、后退、加速、减速、刹车或停止，控制开关是电位器和按钮开关的组合，它将操作信号发送给遥控器处理器，遥控器处理器进行分析处理后，通过控制信号发送模块将相应的控制信号发送给滑板电路部分的控制信号接收模块。控制信号接收模块接收到控制信号后，传输给滑板处理器进行分析、处理，并最终通过电机驱动模块来控制电机动作，达到遥控控制滑板的目的。

人在滑板上时，随时可能无法平衡而跳下甚至摔下，此时由于紧张不一定能发出刹车指令，如果没有距离控制装置，没有负荷的滑板将会冲出去很远，旁边的滑板、行人、车辆就要连锁反应摔倒一大片。控制系统运行过程中，距离控制装置时时保持运行状态，监测遥控器与滑板之间的间距。当间距处于安全范围内时，距离控制装置不干涉遥控器的正常遥控作业；当人离开滑板使遥控器与滑板的间距超过一定设定值时，距离控制装置通过上述遥控器处理器控制滑板停止运转，使滑板能紧随人及时停下。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的距离控制装置包括测距电场信号发射模块、测距电场信号接收模块和传导导体，测距电场信号发射模块设置在滑板上并与滑板处理器电连接，而测距电场信号接收模块则设置在遥控器上并与遥控器处理器电连接，传导导体传导测距电场信号。

测距电场信号发射模块发送测距电场信号，测距电场信号随距离衰减，测距电场信号接收模块接收上述测距电场信号，并传输给遥控器处理器，遥控器处理器对测距电场信号进行分析处理，根据信号强度判断遥控器与滑板的距离，选择性控制电机停止。电机与遥控器较远，因此不会对测距电场信号接收模块的工作过程产生干扰。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的测距电场信号发射模块包括发射导体和能产生特定频率LF信号的MCU，MCU与发射导体及上述滑板处理器电性连接，上述传导导体为人体。此时的LF信号作为测距电场信号进行近距离辐射，LF波段频率低，电场信号随距离衰减极大，无法用于无线通讯，一般用磁场信号进行无线通讯，因此，现实中LF波段电场干扰比磁场少，而且利用人体的传导作用，可以非常有效的区分出人在滑板之上还是离开了滑板。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的发射导体为金属箔。金属箔可以是铜箔或铝箔，一般设置在滑板的板面下，只要满足发送测距电场信号的导体便可实现本实用新型的目的，不受安装方式或者形状的限制。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的控制信号接收模块包括天线和射频电路，射频电路与天线和滑板处理器连接，用于将天线接收到的控制信号传输给滑板处理器。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的测距电场信号接收模块包括接收导体和LF接收电路，LF接收电路与接收导体及遥控器处理器连接，用于将接收导体接收到的LF信号处理后传输给遥控器处理器。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的LF接收电路采用MCU产生的特定频率作为本机振荡，利用频率之和作为混频输出，并用固化频率器件实现选频和解调。

LF接收电路采用MCU产生特定的频率作为本机振荡，利用频率之和作为混频输出，之后采用455KHz的陶瓷滤波器和陶瓷鉴频器实现选频和解调，这样做相当于在传统的模拟集成电路的基础上实现了数字合成的频率，并采用了固化频率器件，确保了频点的稳定可靠，不存在对比文件中的频点漂移问题，也确保了接收电路很好的选择性和抗干扰能力。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的接收导体为金属箔或金属片。金属箔可以是铜箔、铝箔或者金属片等，位于遥控器手柄（或者说握手部位），可以隐藏在塑料外壳体，也可以外露，只要能接收从人体传导过来的测距电场信号即可。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的控制信号发送模块包括天线和射频电路，射频电路与天线及遥控器处理器连接。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的控制信号发送模块和控制信号接收模块之间采用双向无线通讯。

控制信号发送接收模块采用常规的开放的2.4GHz(不限于2.4GHz)ISM频段的双向无线通讯，由于是双向无线通讯，不仅遥控器可以发送控制信息，控制滑板的电机的动作，而且滑板的运行状态信息可以传回去显示，此双向通信也为测距系统提供收发双方沟通的服务。

为了克服现有技术的缺陷，必须放弃LF波段无线通信来控制滑板，才选择当今成熟的开放的2.4GHzISM频段，但是由于滑板的特殊性，失去了安全性，才需要增设上述的距离控制装置予以保护。

在上述的一种电动滑板控制系统中，所述的滑板处理器中还包含安全防护软件模块，当控制信号通讯受到干扰时，安全防护模块通过滑板处理器控制电机平滑减速直至停车。系统受干扰时，能保护人在滑板上的安全，防止摔倒。

与现有技术相比，本电动滑板控制系统通过滑板上的金属箔向近距离辐射LF波段测距电场信号，遥控器接收此测距电场信号来判断距离，实现了相对比较准确测距控制，距离控制效果好，稳定可靠、提高滑板的安全性。发送端采用MCU数字合成频率准确稳定的LF信号，接收端利用窄带调频接收芯片的混频电路，结合MCU的PWM频率，实现数字化的频率合成，可以采用固化频率器件，稳定可靠，成本低廉，利用传统的模拟电路在特殊的频点上实现了数字化频率合成。此外，它还有电路稳定可靠、成本低和节能等优点，电动机效率高，整个滑板的效率提高了，跑得更远，可以减少电池减轻重量，适应无刷电机、有刷电机和锂电池等，适用范围广。锂电池能量高重量轻，配合高效率的无刷电机，才是真正新一代性能最好的滑板，这个控制系统使电动滑板发生了更新换代的变化，从低效笨重到轻巧高效。

附图说明

图1是本电动滑板控制系统的原理框图。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

本实施例中，部分英文缩写的定义如下：

MCU Micro Control Unit，中文名称为微控制单元，又称单片机；

FM Frequency Modulation，调频；

LF无线电波的波段之一，长波或者说低频，频率在30-300kHz；

PWM Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

本电动滑板控制系统包括遥控器电路部分、滑板电路部分和距离控制装置，遥控器电路部分设置在手持式遥控器之中，配合按键操作对电动滑板的运行状态进行控制。而滑板电路部分则设置在滑板上，负责接收相应的控制信号驱动电机工作。

如图1所示，滑板电路部分包括测距电场信号发射模块、滑板处理器和控制信号接收模块，测距电场信号发射模块包括发射导体和能产生LF信号的MCU，MCU与发射导体及上述滑板处理器电连接。控制信号接收模块包括天线和射频电路，射频电路与天线及滑板处理器连接，用于将天线接收到的控制信号传输给滑板处理器。

其中的MCU可以是任意品牌型号，但是要求其定时器单元具有PWM脉宽调制输出能力且能方便设置频率，可以数字合成频率准确稳定的LF信号，该信号需要经过简单的功率放大（放大电路可以采用廉价的OTL功率放大电路，也可以采用MC4422等等），再经过LC谐振，可以得到大约峰值为几十伏的正弦波电压，该电压连接在100至1000平方厘米面积的发射导体上，通过滑板上的发射导体向近距离辐射LF波段测距电场信号，测距电场信号通过人体传导到达手持遥控器上。本实施例中，发射导体是铜箔或铝箔等金属箔，一般设置在滑板的板面下，只要满足发送测距电场信号的导体便可实现本实用新型的目的，不受安装方式或者形状的限制。

遥控器电路部分包括测距电场信号接收模块、遥控器处理器和发送模块，测距电场信号接收模块包括接收导体和LF接收电路，LF接收电路与接收导体及遥控器处理器连接，控制信号发送模块包括天线和射频电路，射频电路与天线和遥控器处理器连接。本实施例中，接收导体为铜箔、铝箔等金属箔或金属片，位于遥控器手柄（或者说握手部位），可以隐藏在塑料外壳体，也可以外露，只要能接收从人体传导过来的测距电场信号即可。

接收导体接收上述滑板电路部分发送的LF测距电场信号，通过LF接收电路的处理，并传输给遥控器处理器，由遥控器处理器根据信号强度判断滑板与遥控器之间的距离。人站在滑板上时，通过遥控器实现的各种正常操作均能通过遥控器处理器、射频电路和天线向滑板发送相应的控制信号，滑板上的天线接收控制信号，并通过射频电路传输给滑板处理器，由滑板处理器分析处理后，通过电机驱动模块控制电机动作，同时，LF测距电场信号也能通过人体传导被顺利接收。人离开滑板后，LF测距电场信号的传导难度加大，衰减明显，当遥控器与滑板的距离超过3米左右，控制信号发送模块发送停止电机动作的控制信号，使滑板能及时停下。

LF接收电路采用廉价的窄带调频接收芯片，如MC3361、MC3357等等。窄带调频接收芯片大多采用典型的超外差式结构，内含高频放大、本机振荡、混频、中频放大、鉴频等电路模块，而且其混频电路都采用模拟乘法器。

本申请中，采用廉价的MCU产生LF波段FM测距电场信号，通过滑板上的发射导体向近距离辐射电场，遥控器接收此测距电场信号来判断距离，实现了相对比较准确测的距离控制。

应该理解，在本实用新型的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种电动滑板控制系统，包括遥控器电路部分和滑板电路部分，遥控器电路部分包括遥控器处理器和控制信号发送模块，遥控器处理器与遥控器的控制开关和控制信号发送模块电连接，所述的滑板电路部分包括控制信号接收模块和滑板处理器，滑板处理器与控制电机动作的电机驱动模块连接，其特征在于，所述的控制系统还包括用于监测滑板与遥控器间距的距离控制装置，当间距超过设定值时，距离控制装置通过上述遥控器处理器控制滑板停止运转。

2.根据权利要求1所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的距离控制装置包括测距电场信号发射模块、测距电场信号接收模块和传导导体，测距电场信号发射模块设置在滑板上并与滑板处理器电连接，而测距电场信号接收模块则设置在遥控器上并与遥控器处理器电连接，传导导体传导测距电场信号。

3.根据权利要求2所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的测距电场信号发射模块包括发射导体和能产生特定频率LF信号的MCU，MCU与发射导体及上述滑板处理器电性连接，上述传导导体为人体。

4.根据权利要求3所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的发射导体为金属箔。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的控制信号接收模块包括天线和射频电路，射频电路与天线和滑板处理器连接，用于将天线接收到的控制信号传输给滑板处理器。

6.根据权利要求2或3或4所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的测距电场信号接收模块包括接收导体和LF接收电路，LF接收电路与接收导体及遥控器处理器连接，用于将接收导体接收到的LF信号处理后传输给遥控器处理器。

7.根据权利要求6所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的LF接收电路采用MCU产生的特定频率作为本机振荡，利用频率之和作为混频输出，并用固化频率器件实现选频和解调。

8.根据权利要求6所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的接收导体为金属箔或金属片。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的控制信号发送模块包括天线和射频电路，射频电路与天线及遥控器处理器连接。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的一种电动滑板控制系统，其特征在于，所述的控制信号发送模块和控制信号接收模块之间采用双向无线通讯。

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