一種輔助式電動滑板設(shè)計

黃天偉 檀櫻

摘 ?要：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國各地的城市規(guī)模不斷擴大，但是城市的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施還未滿足發(fā)展需要，伴隨而來的環(huán)境交通問題令人困擾。電動滑板作為動力驅(qū)動的代步工具，實現(xiàn)了零排放、零污染，受到了人們的廣泛喜愛。但當(dāng)下流行的電動滑板單一化的操作，無法滿足人們的使用需求，因此電動滑板需要進行更多元的操作改進。如果電動滑板能夠做到更加抗沖擊、更加防撞、更加輕量化，并且其電池的容量更大且耐沖擊，那就完全可以取代傳統(tǒng)的滑板。因此，在充分考慮到電動滑板的強度、質(zhì)量、續(xù)航和操作模式等方面，對其進行了不同程度的改進，完成了多模式智能電動滑板，以滿足未來日常生活中不同需求。

關(guān)鍵詞：電動滑板;智能化;多種操作模式

中圖分類號：U48 ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）32-0048-02

Abstract： With the rapid development of economy， the scale of cities all over the country is constantly expanding， but the basic service facilities of cities have not yet met the development needs， and the accompanying environmental traffic problems are disturbing. Electric skateboard， as a walking tool driven by power， has achieved zero emission and zero pollution， and has been widely loved by people. However， the simple operation of the current popular electric skateboard cannot meet people's needs， so the electric skateboard needs to be improved in more diversified operations. If electric skateboards can be more impact resistant， collision resistant and lightweight， and their batteries are bigger and impact resistant， then they can completely replace the traditional skateboards. Therefore， in full consideration of the strength， quality， endurance and operation mode of the electric skateboard， it has been improved to varying degrees and completed the multi-mode intelligent electric skateboard to meet different needs in the future daily life.

Keywords： electric skateboards; intelligent; multiple operation mode

引言

自電動滑板面世以來，由于技術(shù)的限制，電動滑板無法代替市面上帶有競技性質(zhì)的滑板。但是就目前的電動滑板來說，則是受到電機、電池、重量和操作的限制，使得整體的體驗不顯流暢。而多模式智能電動滑板采用高分子鋰電池提供電力支持，多觸點感應(yīng)面板提升操作靈敏度，以及提供多種使用模式，充分滿足了日益多元化的使用需求。

1 電動滑板智能控制系統(tǒng)組成

電動滑板智能控制系統(tǒng)主要包括壓力感應(yīng)模塊、主控制中心、電機驅(qū)動模塊、電源、電機和速度監(jiān)測模塊等其他部分，具體關(guān)系如圖1所示。

1.1 壓力感應(yīng)模塊的選擇與設(shè)計

壓力感應(yīng)模塊主要由壓力傳感器和與主控中心連接的線路組成。傳感器是滑板的重要“觸覺神經(jīng)”，是滑板與外部控制信息進行信息傳遞的重要通道，良好的傳感器可以極大的提高滑板的控制靈敏度?？紤]到滑板的形狀和輕巧靈便等方面的要求，選用由高分子聚合物材料和納米導(dǎo)電材料制作成的壓電式柔性壓力傳感器[1]。該傳感器常用于可穿戴電子設(shè)備中，具有優(yōu)異的壓電性能與出色的機械強度、彈性和可靠性。將人腳施加到滑板板面上的壓力轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸?shù)街骺刂行?。傳感器固定位置如圖2所示。規(guī)定B-C方向為前進的正方向，當(dāng)滑板正向行駛時，若需要向左轉(zhuǎn)彎時，兩腳同時偏向C、D處傳感器施加壓力;向右轉(zhuǎn)彎時，兩腳同時偏向A、B處傳感器施加壓力，若需要剎車時，須輕踏A、D兩處，當(dāng)滑板反向行駛時，操作與正向操作相反。

1.2 電機驅(qū)動模塊

在電動滑板的電機驅(qū)動模塊中最主要的是對電機的控制，即控制滑板的行駛姿態(tài)（左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)）和行駛狀態(tài)（驅(qū)動狀態(tài)和制動狀態(tài)）?？紤]到電動滑板的續(xù)航和載重，采用四個功率60W的直流無刷電機（直流無刷電機具有轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小和效率高等優(yōu)點，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節(jié)電率可達20%～60%。），采用四機驅(qū)動，以保證電動滑板行駛時的各種姿態(tài)和及時制動等各項要求。在輔助模式下為防止滑板速度突變，滑板內(nèi)安裝有伺服機，以保證使用安全。

1.3 電源

動力采用高分子鋰電池，相比較鋰離子電池，高分子鋰電池?zé)o電池漏液問題，電池中不含液態(tài)電解液，使用膠態(tài)的固體。其可制成薄型電池，并且電池可根據(jù)實際需求設(shè)計成各種形狀。高分子鋰電池具有很高的耐彎曲能力且容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍。高分子鋰電池不含有污染的重金屬元素，更加符合保護環(huán)境的理念。

為了滿足電動滑板較薄的厚度要求，高分子鋰電池正好可以做成扁平狀，嵌入滑板兩端板內(nèi)中下部，給電池充電時，只需要將電池的正負(fù)極與LiPro Balanee Charger的OUTPUT相接，然后設(shè)置充電時的參數(shù)，就可以給它充電了[2]。

1.4 速度監(jiān)測模塊（霍爾測速）

為了保障行駛安全，實時控制滑板速度，采用霍爾傳感器測速方案監(jiān)測滑板當(dāng)前前進速度。當(dāng)滑板速度達到14km/h時，滑板速度達到安全閾值則自動減速，甚至剎車[3]。

2 主控制中心系統(tǒng)的程序流程設(shè)計

主控制中心采用STC89C51單片機，內(nèi)置三種使用模式指令，如圖3所示。

輔助模式：當(dāng)選擇輔助模式時，板面壓力傳感器停止工作，由控制中心和速度監(jiān)測模塊共同實現(xiàn)程序目標(biāo)。當(dāng)滑板在行駛中，若因外部原因加速度發(fā)生較大改變，霍爾測速器產(chǎn)生的信號值則會觸發(fā)控制中心內(nèi)置的安全閾值，調(diào)整電機速度，以保證電機運行狀態(tài)的穩(wěn)定。

娛樂模式：此模式下，所有系統(tǒng)為斷電停止運行狀態(tài)，由外部人力作用進行行駛。

電動模式：當(dāng)選擇電動模式時，雙腳放置在板面上，可觸發(fā)板面上的所有壓力傳感器，開啟電機，運行滑板。傳感器無中斷發(fā)生時，則運行默認(rèn)行駛程序：電動滑板以約12 km/h 的速度前進。若至少有一處傳感器發(fā)生中斷，則觸發(fā)減速預(yù)設(shè)指令。

3 總結(jié)

本論文完成的多模式智能電動滑板，首先是提供三種使用模式可供選擇，其次是在不同的模式下提供不同的操作體驗，在實時監(jiān)測速度的條件下，通過對電機進行不同要求的控制，實現(xiàn)了同一滑板多種操作模式的目的。與市場上銷售的電動滑板車在控制方法上有著本質(zhì)區(qū)別，簡化了電動滑板的控制方法，具有很好的推廣價值。

參考文獻：

[1]于江濤，孫雷，肖瑤，等.壓阻式柔性壓力傳感器的研究進展[J].電子元件與材料，2019，38（6）：1-11.

[2]田峰，呂宵宵，趙毅紅，等.基于電力驅(qū)動的智能化滑板設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件，2017（6）：4-6.

[3]李順霖，張盛陽，謝印忠.智能腳踏控制式電動滑板設(shè)計[J].日用電器，2019（09）：102-105.