電動(dòng)輪椅車速度參數(shù)測試系統(tǒng)

張維康 谷慧茹 吳賽男 楊靖 楊雪

摘要：按照GB/T 12996-2012標(biāo)準(zhǔn)中的方法測量電動(dòng)輪椅車的速度，需要使用普通秒表測量電動(dòng)輪椅車行駛的時(shí)間。人為操作引起的誤差較大，測量結(jié)果偏差較大。特別是，當(dāng)電動(dòng)輪椅車速度接近或達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大臨界值時(shí)，判定電動(dòng)輪椅車速度是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求將變得非常困難。同時(shí)增加了結(jié)果誤判風(fēng)險(xiǎn)。目前，還沒有適用于測量電動(dòng)輪椅車速度及加速度的裝置。本文將介紹基于AT89C52單片機(jī)的可有效測量電動(dòng)輪椅車速度、加速度及行駛距離的測試系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：AT89C52，單片機(jī)，電動(dòng)輪椅車，速度，加速度，減速度，行駛距離

引言

我國是電動(dòng)輪椅車生產(chǎn)和銷售大國。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，輪椅車生產(chǎn)和銷售呈逐年上升趨勢(shì)。2018年生產(chǎn)電動(dòng)輪椅車超過80萬臺(tái)。無論用于出口還是內(nèi)銷，都需要進(jìn)行安全性檢驗(yàn)，滿足當(dāng)?shù)貙?duì)輪椅車性能的要求。電動(dòng)輪椅車的速度、加速度的測定是其重要的測試項(xiàng)目。我國GB/T 12996-2012《電動(dòng)輪椅車》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，室內(nèi)型、室外型、道路型電動(dòng)輪椅車的最大速度應(yīng)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(dòng)輪椅車的速度時(shí)，因存在人為因素的計(jì)時(shí)誤差，使得試驗(yàn)得出數(shù)據(jù)的不確定度很大。同一樣品不同測速試驗(yàn)結(jié)果甚至?xí)嗖?.2km/h。當(dāng)電動(dòng)輪椅車速度臨近最大值時(shí)，判斷電動(dòng)輪椅車是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求將非常困難。同時(shí)，目前還沒有適用于測量電動(dòng)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(dòng)輪椅車最大速度、加速度和減速度的測定》標(biāo)準(zhǔn)測量電動(dòng)輪椅車加速度和減速度時(shí)，因缺乏專業(yè)設(shè)備，也使得測量精度低。因此，需要一種能夠精確測量電動(dòng)輪椅車速度、加減速度的設(shè)備，以提高測試精度、滿足測試標(biāo)準(zhǔn)要求。

一、設(shè)計(jì)總體介紹

本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將用于測量電動(dòng)輪椅車速度，啟動(dòng)和減速過程的加減速度，以及記錄輪椅車的行駛距離。將標(biāo)記點(diǎn)加裝在第五輪上。使用霍爾傳感器識(shí)別標(biāo)記點(diǎn)。通過外部中斷的方式使單片機(jī)記錄第五輪上的標(biāo)記點(diǎn)通過霍爾傳感器的次數(shù)。使用定時(shí)計(jì)數(shù)器0記錄時(shí)間，計(jì)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(shè)計(jì)

1.第五輪

本系統(tǒng)的第五輪是指加裝在電動(dòng)輪椅車上、隨輪椅車一起同步移動(dòng)的輪子。其線速度與電動(dòng)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(yīng)把磁輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)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(dāng)永磁鐵垂直通過霍爾傳感器時(shí)，霍爾傳感器將形成1.38V的壓降，從而觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷。

3.單片機(jī)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(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容[2]。該單片機(jī)具有2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)外部中斷，4個(gè)雙向I/O端口。可充分滿足計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、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(shù)字。1602LCD液晶顯示器可顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等內(nèi)容。同時(shí)功耗低、體積小。因此選用1602作為顯示輸出。

三、軟件設(shè)計(jì)

1.計(jì)數(shù)

通過如下語句設(shè)置單片機(jī)的外部中斷為下降沿觸發(fā)。

IT0=1；//跳變沿觸發(fā)

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(dāng)加裝在第五輪上的永磁鐵通過霍爾傳感器時(shí)，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，全局變量num加一。表示第五輪轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)單位的距離。

2.計(jì)時(shí)

本系統(tǒng)使用15.0592MHz的晶振，因此如下設(shè)置定時(shí)計(jì)數(shù)器0，使其每50ms溢出一次。

TMOD=0x01；//定時(shí)計(jì)數(shù)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(dòng)定時(shí)計(jì)數(shù)器0

void T0_time（） interrupt 1

{；}

當(dāng)外部中斷第一次觸發(fā)時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器0開始工作，記錄在兩次中斷之間的時(shí)間，賦值給全局變量each_time。

3.實(shí)時(shí)速度

兩次外部中斷觸發(fā)之間的行程是常量，電動(dòng)輪椅車的實(shí)時(shí)速度vtime可由時(shí)間函數(shù)each_time求得。

如圖1

圖1 顯示速度

4.加減速度

測量電動(dòng)輪椅車由靜止到最大速度的平均加速度，以及電動(dòng)輪椅車由最大速度到靜止的最大減速度時(shí)。可知起始速度或最終速度為0。因此

說明：

a最大加減速度

vmax電動(dòng)輪椅車最大速度

t電動(dòng)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(shí)所用的時(shí)間

3.3行駛距離

電動(dòng)輪椅車的行駛距離（S）為全局變量num的函數(shù)。

四、總結(jié)

通過本次設(shè)計(jì)，解決了測量電動(dòng)輪椅車速度試驗(yàn)和加減速試驗(yàn)時(shí)人為計(jì)時(shí)所造成的不確定度過大的問題，提高了測量電動(dòng)輪椅車速度、加減速度的精度。同時(shí)，使用第五輪作為測量基準(zhǔn)，規(guī)避了測量不同電動(dòng)輪椅車車輪直徑的不確定度。提高了測量電動(dòng)輪椅車行駛距離的精度。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡婷婷.基于AT89C51單片機(jī)的自行車碼表設(shè)計(jì)黑龍江科技信息 2016年25期

[2]游曉容.單片機(jī)在汽車速度、加速度測量系統(tǒng)中的硬軟件設(shè)計(jì)科技信息2010年7期

個(gè)人簡介：張維康 1990.12 男 漢族 河北省 本科 國家康復(fù)輔具研究中心 研究實(shí)習(xí)員 康復(fù)輔具產(chǎn)品檢測及研究