電動輪椅車速度參數測試系統

張維康 谷慧茹 吳賽男 楊靖 楊雪

摘要：按照GB/T 12996-2012標準中的方法測量電動輪椅車的速度，需要使用普通秒表測量電動輪椅車行駛的時間。人為操作引起的誤差較大，測量結果偏差較大。特別是，當電動輪椅車速度接近或達到標準規定的最大臨界值時，判定電動輪椅車速度是否符合標準要求將變得非常困難。同時增加了結果誤判風險。目前，還沒有適用于測量電動輪椅車速度及加速度的裝置。本文將介紹基于AT89C52單片機的可有效測量電動輪椅車速度、加速度及行駛距離的測試系統。

關鍵詞：AT89C52，單片機，電動輪椅車，速度，加速度，減速度，行駛距離

引言

我國是電動輪椅車生產和銷售大國。隨著經濟的快速發展，輪椅車生產和銷售呈逐年上升趨勢。2018年生產電動輪椅車超過80萬臺。無論用于出口還是內銷，都需要進行安全性檢驗，滿足當地對輪椅車性能的要求。電動輪椅車的速度、加速度的測定是其重要的測試項目。我國GB/T 12996-2012《電動輪椅車》標準規定，室內型、室外型、道路型電動輪椅車的最大速度應分別小于等于4.5km/h、6km/h和15km/h。按照GB/T 12996-2012中7.4.1測定電動輪椅車的速度時，因存在人為因素的計時誤差，使得試驗得出數據的不確定度很大。同一樣品不同測速試驗結果甚至會相差0.2km/h。當電動輪椅車速度臨近最大值時，判斷電動輪椅車是否滿足標準要求將非常困難。同時，目前還沒有適用于測量電動輪椅車加速度和減速度的裝置。按GB/T 18029.6-2009《輪椅車第6部分：電動輪椅車最大速度、加速度和減速度的測定》標準測量電動輪椅車加速度和減速度時，因缺乏專業設備，也使得測量精度低。因此，需要一種能夠精確測量電動輪椅車速度、加減速度的設備，以提高測試精度、滿足測試標準要求。

一、設計總體介紹

本次設計的系統將用于測量電動輪椅車速度，啟動和減速過程的加減速度，以及記錄輪椅車的行駛距離。將標記點加裝在第五輪上。使用霍爾傳感器識別標記點。通過外部中斷的方式使單片機記錄第五輪上的標記點通過霍爾傳感器的次數。使用定時計數器0記錄時間，計算得出的速度、加減速度、行駛距離等信息，并顯示在液晶屏上。

二、硬件設計

1.第五輪

本系統的第五輪是指加裝在電動輪椅車上、隨輪椅車一起同步移動的輪子。其線速度與電動輪椅車的速度一致。

2.傳感器的選擇

本裝置采用霍爾傳感器，霍爾傳感器利用霍爾效應把磁輸入信號轉換成電信號的器件，其組成部分是： 霍爾元件、整形電路、放大器、集電極開路輸出等[1]?；魻栐谴琶粼?，當永磁鐵垂直通過霍爾傳感器時，霍爾傳感器將形成1.38V的壓降，從而觸發單片機的外部中斷。

3.單片機的選擇

AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系統可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業80C51產品指令和引腳完全兼容[2]。該單片機具有2個定時計數器，2個外部中斷，4個雙向I/O端口?？沙浞譂M足計時、計數、顯示等功能要求。

4.顯示模塊的選擇

顯示模塊主要顯示字母和數字。1602LCD液晶顯示器可顯示字母、數字、符號等內容。同時功耗低、體積小。因此選用1602作為顯示輸出。

三、軟件設計

1.計數

通過如下語句設置單片機的外部中斷為下降沿觸發。

IT0=1；//跳變沿觸發

EA=1；//打開全局中斷控制

EX0=1；//打開外部中斷0中斷

void exter0（） interrupt 0

{；}

每當加裝在第五輪上的永磁鐵通過霍爾傳感器時，觸發單片機的外部中斷，全局變量num加一。表示第五輪轉動了一個單位的距離。

2.計時

本系統使用15.0592MHz的晶振，因此如下設置定時計數器0，使其每50ms溢出一次。

TMOD=0x01；//定時計數器工作方式1

TH0=（65536-45872）/256

TL0=（65536-45872）%256

EA=1；//打開全局中斷控制

ET0=1；//打開T0中斷

TR0=1；//啟動定時計數器0

void T0_time（） interrupt 1

{；}

當外部中斷第一次觸發時，定時計數器0開始工作，記錄在兩次中斷之間的時間，賦值給全局變量each_time。

3.實時速度

兩次外部中斷觸發之間的行程是常量，電動輪椅車的實時速度vtime可由時間函數each_time求得。

如圖1

圖1 顯示速度

4.加減速度

測量電動輪椅車由靜止到最大速度的平均加速度，以及電動輪椅車由最大速度到靜止的最大減速度時?？芍鹗妓俣然蜃罱K速度為0。因此

說明：

a最大加減速度

vmax電動輪椅車最大速度

t電動輪椅車由靜止加速到最大速度或由最大速度減速到靜止時所用的時間

3.3行駛距離

電動輪椅車的行駛距離（S）為全局變量num的函數。

四、總結

通過本次設計，解決了測量電動輪椅車速度試驗和加減速試驗時人為計時所造成的不確定度過大的問題，提高了測量電動輪椅車速度、加減速度的精度。同時，使用第五輪作為測量基準，規避了測量不同電動輪椅車車輪直徑的不確定度。提高了測量電動輪椅車行駛距離的精度。

參考文獻：

[1]胡婷婷.基于AT89C51單片機的自行車碼表設計黑龍江科技信息 2016年25期

[2]游曉容.單片機在汽車速度、加速度測量系統中的硬軟件設計科技信息2010年7期

個人簡介：張維康 1990.12 男 漢族 河北省 本科 國家康復輔具研究中心 研究實習員 康復輔具產品檢測及研究