電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)故障檢測方法研究
馬小珍，萬淑蕓
（銀川供電局保護(hù)自動化所，銀川750011）
摘要：以自行研制的電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)為對象，論述了電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)各種常見電氣元件故障和接線故障檢測方法，主要有：操縱桿不在中心位置檢測、電池故障、充電模式檢測、MOS管故障以及剎車未連接故障等。提出充電模式故障檢測方法和基于電壓信號的電剎車未連接故障等故障的檢測方法，極大的提高電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，具有一定的參考指導(dǎo)價值。
關(guān)鍵詞：電動輪椅；控制器；故障檢測；電壓信號
中圖分類號：TP271+4：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-6848(2010)06-0088-02
O引 言
作為一個全數(shù)字化的電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)，它應(yīng)能自動實(shí)時地進(jìn)行故障診斷、故障定位、事故緊急處理以及報警等，并在液晶屏上進(jìn)行顯示，當(dāng)輪椅正在運(yùn)行時如果檢測出故障，系統(tǒng)應(yīng)能使輪椅安全地停下來并鎖定；當(dāng)輪椅靜止時如果被檢測出故障，系統(tǒng)應(yīng)能夠立即鎖定輪椅[34]。作者經(jīng)仔細(xì)分析和研究，得出電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)應(yīng)具備的常見故障檢測項(xiàng)目如下：
(1)操縱桿故障；
(2)電池故障；
(3)充電模式檢測；
(4) MOS管故障；
(5)剎車故障（包括左／右剎車）。
1各種故障檢測算法研究
1.1操縱桿故障
最常見的操縱桿故障是在電動輪椅控制器上電之前，操縱桿可能由于某種原因偏離了中心位置，在上電初期，在完成程序初始化工作以后，就首先檢測操縱桿是否在中心位置，如果不在中心位置，則鳴笛報警5s，并在液晶屏上提示“操縱桿不在中心位置”，如果5s之內(nèi)，釋放操縱桿使其回歸中心位置，則輪椅正常運(yùn)行，否則，5s之后，輪椅將被鎖死。程序流程圖如圖1所示。
1.2電池故障
電動輪椅的電池電量的檢測是通過AD采樣并轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)在液晶顯示器上輸出。當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到電池電壓低于某下限時，即不足以驅(qū)動電機(jī)時，控制器會報警一段時間：如果輪椅此時正在運(yùn)行，則控制器報警1 rmn后封管抱閘，以給用戶足夠的時間停車；如果輪椅靜止，則控制器報警5s后封管抱閘。同時液晶顯示電池電壓不足，給出充電提示。當(dāng)電池電壓低于某下限時，當(dāng)輪椅在起／制動時，負(fù)載電流較大，此時AD采樣所得到的電壓值比正常時要小得多，尼然不是真實(shí)的電池電壓值，這就需要對采樣值進(jìn)行濾波處理。本文采用程序判斷濾波法，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷確定兩次采樣允許的****偏差ΔY，若先后兩次的采樣值的差值大于ΔY，則表明輸入信號是干擾信號，應(yīng)該去掉，而將上次采樣值作為本次采樣值；若小于AY，則本次采樣值有效。在本文中取ΔY=5 V。
1.3 MOS管故障檢測方法
電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)調(diào)速示意圖如圖2所示。
由圖2見，電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)共有兩個H橋，四個下管。下面僅以一個下管為例來說明故障信號產(chǎn)生電路的工作原理。如圖3所示，MCP14066是一個多路選擇器，當(dāng)控制端為高電平時，相應(yīng)的輸入端信號就會從對應(yīng)的輸出端輸出；當(dāng)控制端是低電平的時候，不論輸入端是什么信號，輸出總為低，也就是說14066相當(dāng)于一個與門。由于MOS管的漏極和柵極的信號總是反相的，所以結(jié)合MCP14066多路選擇器的特點(diǎn)，把MOS管的柵極驅(qū)動信號作為多路選擇器的控制信號，而把MOS管的漏極電平作為輸入信號；然而當(dāng)MOS管斷路而柵極驅(qū)動為高電平時，由于MOS管沒有導(dǎo)通，故多路選擇器的輸出就為高電平，這就是故障信號；當(dāng)MOS管短路時，上下管就會在瞬間直通而****燒毀。這就是MOS管斷路故障檢測的原理。
1.4充電模式檢測
當(dāng)輪椅正在充電時，是不允許輪椅帶著充電器運(yùn)行的，因此，當(dāng)輪椅上電時，檢測到輪椅正在被充電，輪椅將被鎖死，并給出報警提示“輪椅正在充電”。充電模式檢測電路示意圖如圖4所示。
由圖4，從充電器來的插頭有三個引腳，其中引腳1和引腳2分別是用來接電池的正負(fù)極的，而引腳3是用來引給DSP I/O引腳的，輪椅沒有被充電時，此引腳被上拉電阻拉為高電乎，所以正常是DSP檢測到該引腳的電平為高電平；而當(dāng)輪椅被充電時，由于引腳3和引腳2（即和充電器輸出負(fù)端相連）相連，DSP的這個I/O引腳就變?yōu)榈碗娖�，因此�?dāng)DSP檢測到該引腳為低電平的時，就認(rèn)為輪椅處于充電狀態(tài)，此時給出液晶指示并鎖定輪椅。充電模式故障檢測方法是作者在科研過程中的一個亮點(diǎn)。
1.5剎車回路故障檢測
電動輪椅的剎車回路如圖5所示，當(dāng)DSP輸出控制IRFR120管導(dǎo)通時，剎車回路通電，剎車松閘，輪椅可以自由駕駛。實(shí)際上，電動輪椅驅(qū)動電機(jī)的剎車是一個螺線形電導(dǎo)管，正常情況下是通直流的。
剎車回路故障檢測原理如圖5所示，“To DSP E／O”與“DSP Ctrl”是DSP的I/O引腳，“DSP Ctrl”是控制IRFR120通斷的，而“To DSP I/O”是用來檢測剎車回路故障的。當(dāng)“DSP Ctrl”控制使得IRFR120關(guān)斷，而剎車的螺線形導(dǎo)管和剎車連接都完好時，DSP的“To DSP I/O”引腳上將檢測到高電平信號；當(dāng)剎車電纜未連接好或剎車的螺線形導(dǎo)電管燒斷時，DSP的“To DSP l/0”只能檢測到低電平信號，此時程序就認(rèn)為剎車回路有故障，就立即鳴笛和給出液晶顯示，并鎖定輪椅。
2結(jié)語
本文以自行研制的電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)為對象，成功研究出了電動輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)各種常見故障的檢測方法，主要故障項(xiàng)目是操縱不在中心位置故障、電池故障、MOS管故障、充電模式檢測、剎車回路故障等。設(shè)計r基于DSP數(shù)字信號處理器硬件故障檢測方案。經(jīng)過系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，驗(yàn)證了各種故障檢測電路硬件設(shè)計和配置的合理性。
總之，本文完成了輪椅運(yùn)動控制系統(tǒng)的各種常見故障檢測方案設(shè)計、調(diào)試和試運(yùn)行，各種故障均能被檢測，驗(yàn)證了硬、軟件方案的正確性及可行性。
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