電動輪椅運動控制系統故障檢測方法研究
馬小珍，萬淑蕓
（銀川供電局保護自動化所，銀川750011）
摘要：以自行研制的電動輪椅運動控制系統為對象，論述了電動輪椅運動控制系統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動控制系統的安全性和可靠性，具有一定的參考指導價值。
關鍵詞：電動輪椅；控制器；故障檢測；電壓信號
中圖分類號：TP271+4：TP277 文獻標志碼：A 文章編號：1001-6848(2010)06-0088-02
O引 言
作為一個全數字化的電動輪椅運動控制系統，它應能自動實時地進行故障診斷、故障定位、事故緊急處理以及報警等，并在液晶屏上進行顯示，當輪椅正在運行時如果檢測出故障，系統應能使輪椅安全地停下來并鎖定；當輪椅靜止時如果被檢測出故障，系統應能夠立即鎖定輪椅[34]。作者經仔細分析和研究，得出電動輪椅運動控制系統應具備的常見故障檢測項目如下：
(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，釋放操縱桿使其回歸中心位置，則輪椅正常運行，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采樣并轉化為十進制數在液晶顯示器上輸出。當控制系統檢測到電池電壓低于某下限時，即不足以驅動電機時，控制器會報警一段時間：如果輪椅此時正在運行，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。當電池電壓低于某下限時，當輪椅在起／制動時，負載電流較大，此時AD采樣所得到的電壓值比正常時要小得多，尼然不是真實的電池電壓值，這就需要對采樣值進行濾波處理。本文采用程序判斷濾波法，根據經驗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
電動輪椅運動控制系統調速示意圖如圖2所示。
由圖2見，電動輪椅運動控制系統共有兩個H橋，四個下管。下面僅以一個下管為例來說明故障信號產生電路的工作原理。如圖3所示，MCP14066是一個多路選擇器，當控制端為高電平時，相應的輸入端信號就會從對應的輸出端輸出；當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，所以結合MCP14066多路選擇器的特點，把MOS管的柵極驅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MOS管斷路而柵極驅動為高電平時，由于MOS管沒有導通，故多路選擇器的輸出就為高電平，這就是故障信號；當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
當輪椅正在充電時，是不允許輪椅帶著充電器運行的，因此，當輪椅上電時，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；而當輪椅被充電時，由于引腳3和引腳2（即和充電器輸出負端相連）相連，DSP的這個I/O引腳就變為低電平，因此當DSP檢測到該引腳為低電平的時，就認為輪椅處于充電狀態，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。
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DSP輸出控制IRFR120管導通時，剎車回路通電，剎車松閘，輪椅可以自由駕駛。實際上，電動輪椅驅動電機的剎車是一個螺線形電導管，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“DSP Ctrl”控制使得IRFR120關斷，而剎車的螺線形導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；當剎車電纜未連接好或剎車的螺線形導電管燒斷時，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結語
本文以自行研制的電動輪椅運動控制系統為對象，成功研究出了電動輪椅運動控制系統各種常見故障的檢測方法，主要故障項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。設計r基于DSP數字信號處理器硬件故障檢測方案。經過系統運行調試，驗證了各種故障檢測電路硬件設計和配置的合理性。
總之，本文完成了輪椅運動控制系統的各種常見故障檢測方案設計、調試和試運行，各種故障均能被檢測，驗證了硬、軟件方案的正確性及可行性。
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