电动轮椅车速度参数测试系统

张维康 谷慧茹 吴赛男 杨靖 杨雪

摘要：按照GB/T 12996-2012标准中的方法测量电动轮椅车的速度，需要使用普通秒表测量电动轮椅车行驶的时间。人为操作引起的误差较大，测量结果偏差较大。特别是，当电动轮椅车速度接近或达到标准规定的最大临界值时，判定电动轮椅车速度是否符合标准要求将变得非常困难。同时增加了结果误判风险。目前，还没有适用于测量电动轮椅车速度及加速度的装置。本文将介绍基于AT89C52单片机的可有效测量电动轮椅车速度、加速度及行驶距离的测试系统。

关键词：AT89C52，单片机，电动轮椅车，速度，加速度，减速度，行驶距离

引言

我国是电动轮椅车生产和销售大国。随着经济的快速发展，轮椅车生产和销售呈逐年上升趋势。2018年生产电动轮椅车超过80万台。无论用于出口还是内销，都需要进行安全性检验，满足当地对轮椅车性能的要求。电动轮椅车的速度、加速度的测定是其重要的测试项目。我国GB/T 12996-2012《电动轮椅车》标准规定，室内型、室外型、道路型电动轮椅车的最大速度应分别小于等于4.5km/h、6km/h和15km/h。按照GB/T 12996-2012中7.4.1测定电动轮椅车的速度时，因存在人为因素的计时误差，使得试验得出数据的不确定度很大。同一样品不同测速试验结果甚至会相差0.2km/h。当电动轮椅车速度临近最大值时，判断电动轮椅车是否满足标准要求将非常困难。同时，目前还没有适用于测量电动轮椅车加速度和减速度的装置。按GB/T 18029.6-2009《轮椅车第6部分：电动轮椅车最大速度、加速度和减速度的测定》标准测量电动轮椅车加速度和减速度时，因缺乏专业设备，也使得测量精度低。因此，需要一种能够精确测量電动轮椅车速度、加减速度的设备，以提高测试精度、满足测试标准要求。

一、设计总体介绍

本次设计的系统将用于测量电动轮椅车速度，启动和减速过程的加减速度，以及记录轮椅车的行驶距离。将标记点加装在第五轮上。使用霍尔传感器识别标记点。通过外部中断的方式使单片机记录第五轮上的标记点通过霍尔传感器的次数。使用定时计数器0记录时间，计算得出的速度、加减速度、行驶距离等信息，并显示在液晶屏上。

二、硬件设计

1.第五轮

本系统的第五轮是指加装在电动轮椅车上、随轮椅车一起同步移动的轮子。其线速度与电动轮椅车的速度一致。

2.传感器的选择

本装置采用霍尔传感器，霍尔传感器利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件，其组成部分是： 霍尔元件、整形电路、放大器、集电极开路输出等[1]。霍尔元件是磁敏元件，当永磁铁垂直通过霍尔传感器时，霍尔传感器将形成1.38V的压降，从而触发单片机的外部中断。

3.单片机的选择

AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容[2]。该单片机具有2个定时计数器，2个外部中断，4个双向I/O端口。可充分满足计时、计数、显示等功能要求。

4.显示模块的选择

显示模块主要显示字母和数字。1602LCD液晶显示器可显示字母、数字、符号等内容。同时功耗低、体积小。因此选用1602作为显示输出。

三、软件设计

1.计数

通过如下语句设置单片机的外部中断为下降沿触发。

IT0=1；//跳变沿触发

EA=1；//打开全局中断控制

EX0=1；//打开外部中断0中断

void exter0（） interrupt 0

{；}

每当加装在第五轮上的永磁铁通过霍尔传感器时，触发单片机的外部中断，全局变量num加一。表示第五轮转动了一个单位的距离。

2.计时

本系统使用15.0592MHz的晶振，因此如下设置定时计数器0，使其每50ms溢出一次。

TMOD=0x01；//定时计数器工作方式1

TH0=（65536-45872）/256

TL0=（65536-45872）%256

EA=1；//打开全局中断控制

ET0=1；//打开T0中断

TR0=1；//启动定时计数器0

void T0_time（） interrupt 1

{；}

当外部中断第一次触发时，定时计数器0开始工作，记录在两次中断之间的时间，赋值给全局变量each_time。

3.实时速度

两次外部中断触发之间的行程是常量，电动轮椅车的实时速度vtime可由时间函数each_time求得。

如图1

图1 显示速度

4.加减速度

测量电动轮椅车由静止到最大速度的平均加速度，以及电动轮椅车由最大速度到静止的最大减速度时。可知起始速度或最终速度为0。因此

说明：

a最大加减速度

vmax电动轮椅车最大速度

t电动轮椅车由静止加速到最大速度或由最大速度减速到静止时所用的时间

3.3行驶距离

电动轮椅车的行驶距离（S）为全局变量num的函数。

四、总结

通过本次设计，解决了测量电动轮椅车速度试验和加减速试验时人为计时所造成的不确定度过大的问题，提高了测量电动轮椅车速度、加减速度的精度。同时，使用第五轮作为测量基准，规避了测量不同电动轮椅车车轮直径的不确定度。提高了测量电动轮椅车行驶距离的精度。

参考文献：

[1]胡婷婷.基于AT89C51单片机的自行车码表设计黑龙江科技信息 2016年25期

[2]游晓容.单片机在汽车速度、加速度测量系统中的硬软件设计科技信息2010年7期

个人简介：张维康 1990.12 男 汉族 河北省 本科 国家康复辅具研究中心 研究实习员 康复辅具产品检测及研究