电动轮椅运动控制系统故障检测方法研究
马小珍，万淑芸
（银川供电局保护自动化所，银川750011）
摘要：以自行研制的电动轮椅运动控制系统为对象，论述了电动轮椅运动控制系统各种常见电气元件故障和接线故障检测方法，主要有：操纵杆不在中心位置检测、电池故障、充电模式检测、MOS管故障以及刹车未连接故障等。提出充电模式故障检测方法和基于电压信号的电刹车未连接故障等故障的检测方法，极大的提高电动轮椅运动控制系统的安全性和可靠性，具有一定的参考指导价值。
关键词：电动轮椅；控制器；故障检测；电压信号
中图分类号：TP271+4：TP277 文献标志码：A 文章编号：1001-6848(2010)06-0088-02
O引 言
作为一个全数字化的电动轮椅运动控制系统，它应能自动实时地进行故障诊断、故障定位、事故紧急处理以及报警等，并在液晶屏上进行显示，当轮椅正在运行时如果检测出故障，系统应能使轮椅安全地停下来并锁定；当轮椅静止时如果被检测出故障，系统应能够立即锁定轮椅[34]。作者经仔细分析和研究，得出电动轮椅运动控制系统应具备的常见故障检测项目如下：
(1)操纵杆故障；
(2)电池故障；
(3)充电模式检测；
(4) MOS管故障；
(5)刹车故障（包括左／右刹车）。
1各种故障检测算法研究
1.1操纵杆故障
最常见的操纵杆故障是在电动轮椅控制器上电之前，操纵杆可能由于某种原因偏离了中心位置，在上电初期，在完成程序初始化工作以后，就首先检测操纵杆是否在中心位置，如果不在中心位置，则鸣笛报警5s，并在液晶屏上提示“操纵杆不在中心位置”，如果5s之内，释放操纵杆使其回归中心位置，则轮椅正常运行，否则，5s之后，轮椅将被锁死。程序流程图如图1所示。
1.2电池故障
电动轮椅的电池电量的检测是通过AD采样并转化为十进制数在液晶显示器上输出。当控制系统检测到电池电压低于某下限时，即不足以驱动电机时，控制器会报警一段时间：如果轮椅此时正在运行，则控制器报警1 rmn后封管抱闸，以给用户足够的时间停车；如果轮椅静止，则控制器报警5s后封管抱闸。同时液晶显示电池电压不足，给出充电提示。当电池电压低于某下限时，当轮椅在起／制动时，负载电流较大，此时AD采样所得到的电压值比正常时要小得多，尼然不是真实的电池电压值，这就需要对采样值进行滤波处理。本文采用程序判断滤波法，根据经验判断确定两次采样允许的****偏差ΔY，若先后两次的采样值的差值大于ΔY，则表明输入信号是干扰信号，应该去掉，而将上次采样值作为本次采样值；若小于AY，则本次采样值有效。在本文中取ΔY=5 V。
1.3 MOS管故障检测方法
电动轮椅运动控制系统调速示意图如图2所示。
由图2见，电动轮椅运动控制系统共有两个H桥，四个下管。下面仅以一个下管为例来说明故障信号产生电路的工作原理。如图3所示，MCP14066是一个多路选择器，当控制端为高电平时，相应的输入端信号就会从对应的输出端输出；当控制端是低电平的时候，不论输入端是什么信号，输出总为低，也就是说14066相当于一个与门。由于MOS管的漏极和栅极的信号总是反相的，所以结合MCP14066多路选择器的特点，把MOS管的栅极驱动信号作为多路选择器的控制信号，而把MOS管的漏极电平作为输入信号；然而当MOS管断路而栅极驱动为高电平时，由于MOS管没有导通，故多路选择器的输出就为高电平，这就是故障信号；当MOS管短路时，上下管就会在瞬间直通而****烧毁。这就是MOS管断路故障检测的原理。
1.4充电模式检测
当轮椅正在充电时，是不允许轮椅带着充电器运行的，因此，当轮椅上电时，检测到轮椅正在被充电，轮椅将被锁死，并给出报警提示“轮椅正在充电”。充电模式检测电路示意图如图4所示。
由图4，从充电器来的插头有三个引脚，其中引脚1和引脚2分别是用来接电池的正负极的，而引脚3是用来引给DSP I/O引脚的，轮椅没有被充电时，此引脚被上拉电阻拉为高电乎，所以正常是DSP检测到该引脚的电平为高电平；而当轮椅被充电时，由于引脚3和引脚2（即和充电器输出负端相连）相连，DSP的这个I/O引脚就变为低电平，因此当DSP检测到该引脚为低电平的时，就认为轮椅处于充电状态，此时给出液晶指示并锁定轮椅。充电模式故障检测方法是作者在科研过程中的一个亮点。
1.5刹车回路故障检测
电动轮椅的刹车回路如图5所示，当DSP输出控制IRFR120管导通时，刹车回路通电，刹车松闸，轮椅可以自由驾驶。实际上，电动轮椅驱动电机的刹车是一个螺线形电导管，正常情况下是通直流的。
刹车回路故障检测原理如图5所示，“To DSP E／O”与“DSP Ctrl”是DSP的I/O引脚，“DSP Ctrl”是控制IRFR120通断的，而“To DSP I/O”是用来检测刹车回路故障的。当“DSP Ctrl”控制使得IRFR120关断，而刹车的螺线形导管和刹车连接都完好时，DSP的“To DSP I/O”引脚上将检测到高电平信号；当刹车电缆未连接好或刹车的螺线形导电管烧断时，DSP的“To DSP l/0”只能检测到低电平信号，此时程序就认为刹车回路有故障，就立即鸣笛和给出液晶显示，并锁定轮椅。
2结语
本文以自行研制的电动轮椅运动控制系统为对象，成功研究出了电动轮椅运动控制系统各种常见故障的检测方法，主要故障项目是操纵不在中心位置故障、电池故障、MOS管故障、充电模式检测、刹车回路故障等。设计r基于DSP数字信号处理器硬件故障检测方案。经过系统运行调试，验证了各种故障检测电路硬件设计和配置的合理性。
总之，本文完成了轮椅运动控制系统的各种常见故障检测方案设计、调试和试运行，各种故障均能被检测，验证了硬、软件方案的正确性及可行性。
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