電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)故障檢測(cè)方法研究
馬小珍，萬(wàn)淑蕓
（銀川供電局保護(hù)自動(dòng)化所，銀川750011）
摘要：以自行研制的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為對(duì)象，論述了電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)各種常見(jiàn)電氣元件故障和接線(xiàn)故障檢測(cè)方法，主要有：操縱桿不在中心位置檢測(cè)、電池故障、充電模式檢測(cè)、MOS管故障以及剎車(chē)未連接故障等。提出充電模式故障檢測(cè)方法和基于電壓信號(hào)的電剎車(chē)未連接故障等故障的檢測(cè)方法，極大的提高電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，具有一定的參考指導(dǎo)價(jià)值。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)輪椅；控制器；故障檢測(cè)；電壓信號(hào)
中圖分類(lèi)號(hào)：TP271+4：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-6848(2010)06-0088-02
O引 言
作為一個(gè)全數(shù)字化的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，它應(yīng)能自動(dòng)實(shí)時(shí)地進(jìn)行故障診斷、故障定位、事故緊急處理以及報(bào)警等，并在液晶屏上進(jìn)行顯示，當(dāng)輪椅正在運(yùn)行時(shí)如果檢測(cè)出故障，系統(tǒng)應(yīng)能使輪椅安全地停下來(lái)并鎖定；當(dāng)輪椅靜止時(shí)如果被檢測(cè)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(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具備的常見(jiàn)故障檢測(cè)項(xiàng)目如下：
(1)操縱桿故障；
(2)電池故障；
(3)充電模式檢測(cè)；
(4) MOS管故障；
(5)剎車(chē)故障（包括左／右剎車(chē)）。
1各種故障檢測(cè)算法研究
1.1操縱桿故障
最常見(jiàn)的操縱桿故障是在電動(dòng)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(cè)操縱桿是否在中心位置，如果不在中心位置，則鳴笛報(bào)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(dòng)輪椅的電池電量的檢測(cè)是通過(guò)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(cè)到電池電壓低于某下限時(shí)，即不足以驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，控制器會(huì)報(bào)警一段時(shí)間：如果輪椅此時(shí)正在運(yùn)行，則控制器報(bào)警1 rmn后封管抱閘，以給用戶(hù)足夠的時(shí)間停車(chē)；如果輪椅靜止，則控制器報(bào)警5s后封管抱閘。同時(shí)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(shí)，當(dāng)輪椅在起／制動(dòng)時(shí)，負(fù)載電流較大，此時(shí)AD采樣所得到的電壓值比正常時(shí)要小得多，尼然不是真實(shí)的電池電壓值，這就需要對(duì)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(hào)是干擾信號(hào)，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(cè)方法
電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速示意圖如圖2所示。
由圖2見(jiàn)，電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)共有兩個(gè)H橋，四個(gè)下管。下面僅以一個(gè)下管為例來(lái)說(shuō)明故障信號(hào)產(chǎn)生電路的工作原理。如圖3所示，MCP14066是一個(gè)多路選擇器，當(dāng)控制端為高電平時(shí)，相應(yīng)的輸入端信號(hào)就會(huì)從對(duì)應(yīng)的輸出端輸出；當(dāng)控制端是低電平的時(shí)候，不論輸入端是什么信號(hào)，輸出總為低，也就是說(shuō)14066相當(dāng)于一個(gè)與門(mén)。由于MOS管的漏極和柵極的信號(hào)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(dòng)信號(hào)作為多路選擇器的控制信號(hào)，而把MOS管的漏極電平作為輸入信號(hào)；然而當(dāng)MOS管斷路而柵極驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，由于MOS管沒(méi)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(hào)；當(dāng)MOS管短路時(shí)，上下管就會(huì)在瞬間直通而****燒毀。這就是MOS管斷路故障檢測(cè)的原理。
1.4充電模式檢測(cè)
當(dāng)輪椅正在充電時(shí)，是不允許輪椅帶著充電器運(yùn)行的，因此，當(dāng)輪椅上電時(shí)，檢測(cè)到輪椅正在被充電，輪椅將被鎖死，并給出報(bào)警提示“輪椅正在充電”。充電模式檢測(cè)電路示意圖如圖4所示。
由圖4，從充電器來(lái)的插頭有三個(gè)引腳，其中引腳1和引腳2分別是用來(lái)接電池的正負(fù)極的，而引腳3是用來(lái)引給DSP I/O引腳的，輪椅沒(méi)有被充電時(shí)，此引腳被上拉電阻拉為高電乎，所以正常是DSP檢測(cè)到該引腳的電平為高電平；而當(dāng)輪椅被充電時(shí)，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(gè)I/O引腳就變?yōu)榈碗娖剑虼水?dāng)DSP檢測(cè)到該引腳為低電平的時(shí)，就認(rèn)為輪椅處于充電狀態(tài)，此時(shí)給出液晶指示并鎖定輪椅。充電模式故障檢測(cè)方法是作者在科研過(guò)程中的一個(gè)亮點(diǎn)。
1.5剎車(chē)回路故障檢測(cè)
電動(dòng)輪椅的剎車(chē)回路如圖5所示，當(dāng)DSP輸出控制IRFR120管導(dǎo)通時(shí)，剎車(chē)回路通電，剎車(chē)松閘，輪椅可以自由駕駛。實(shí)際上，電動(dòng)輪椅驅(qū)動(dòng)電機(jī)的剎車(chē)是一個(gè)螺線(xiàn)形電導(dǎo)管，正常情況下是通直流的。
剎車(chē)回路故障檢測(cè)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(lái)檢測(cè)剎車(chē)回路故障的。當(dāng)“DSP Ctrl”控制使得IRFR120關(guān)斷，而剎車(chē)的螺線(xiàn)形導(dǎo)管和剎車(chē)連接都完好時(shí)，DSP的“To DSP I/O”引腳上將檢測(cè)到高電平信號(hào)；當(dāng)剎車(chē)電纜未連接好或剎車(chē)的螺線(xiàn)形導(dǎo)電管燒斷時(shí)，DSP的“To DSP l/0”只能檢測(cè)到低電平信號(hào)，此時(shí)程序就認(rèn)為剎車(chē)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(yǔ)
本文以自行研制的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為對(duì)象，成功研究出了電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)各種常見(jiàn)故障的檢測(cè)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(cè)、剎車(chē)回路故障等。設(shè)計(jì)r基于DSP數(shù)字信號(hào)處理器硬件故障檢測(cè)方案。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試，驗(yàn)證了各種故障檢測(cè)電路硬件設(shè)計(jì)和配置的合理性。
總之，本文完成了輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的各種常見(jiàn)故障檢測(cè)方案設(shè)計(jì)、調(diào)試和試運(yùn)行，各種故障均能被檢測(cè)，驗(yàn)證了硬、軟件方案的正確性及可行性。
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