本發明涉及電動代步車控制系統，尤其是一種互聯網智能化電動輪椅控制系統。

背景技術：

隨著社會老齡化加劇，以及人民收入水平的提高，電動輪椅以及電動代步車不斷開始走入人民生活之中。但是目前市面上的電動輪椅系統穩定性差，在出現故障時并不能準確將故障部件和故障信息反饋給用戶，并且不具備與外接通信的功能，不能夠實時將電動輪椅的工作狀態信息反饋出去，并且，市場上常見的電動輪椅及電動代步車以有刷電機為主，相應的配以有刷的控制系統，有刷控制系統經過多年的發展，穩定性已經經過長時間的驗證，并且成本也較低。但是有刷控制系統因為有刷電機的特性問題，存在功耗較大的問題，限制了續航里程，且重量較重。為了追求便攜性，提升續航里程，更好的適應用戶的需求，目前的電動輪椅及電動代步車正逐步向無刷電機及無刷控制系統進行過渡。但是，目前市場上輪椅控制器系統通用性較差，通常都是針對車輛定制，功能局限，無法拓展；同時電動輪椅為滿足用戶的需求，需要額外加裝其他功能部件時，原有控制器無法滿足功能拓展的需求。

另一方面，互聯網的高速發展，將電動輪椅及電動代步車聯網化可以更加實時的為使用者提供服務。另外收集數據可以便于分析當前車輛的使用情況。但是，目前市場的控制系統通常只是簡單的加入一個GSM或者GPS的定位模塊，與控制器系統聯動性不高，功能局限。

技術實現要素：

發明目的：針對上述現有技術存在的缺陷，本發明旨在提供一種互聯網智能化電動輪椅控制系統。

技術方案：一種互聯網智能化電動輪椅控制系統，包括：

電動輪椅的設備端，用于向數據服務中心發送電動輪椅的工作狀態信息、故障信息和緊急信息，接收數據服務中心發來的電動輪椅設置信息并將其轉化為電動輪椅的控制指令；

數據服務中心，用于解析和存儲設備端發送的信息，并向設備端反饋客戶端發來的設置信息，同時根據解析信息分析電動輪椅的工作狀態，推送信息至客戶端；

客戶端，用于生成電動輪椅設置信息，并接收數據服務中心推送的信息。

進一步的，所述設備端包括：

供用戶操作的控制器，用于根據操作信息和數據服務中心發來的電動輪椅設置信息向從屬部件發送控制指令；接收從屬部件的匯報信息并發送至網絡端，當匯報信息異常時進行提示；監測與從屬部件的通信狀態并發送至網絡端，當通信異常時，關斷異常從屬部件的電源并提示異常信息；

所述從屬部件包括驅動器，用于根據控制器發來的指令控制動力源工作，并實時監測動力源的工作狀態，當狀態異常時，控制動力源停止工作；

動力源，用于為電動輪椅提供動力。

進一步的，所述控制器包括：

采集模塊，用于采集用戶的操作信息并反饋至控制器MCU模塊，其包括霍爾搖桿或按鍵；

顯示模塊，用于顯示提示信息；

語音模塊，用于播報語音提示信息；

控制器MCU模塊，根據采集模塊的信息向電源控制模塊和所述驅動器發送控制指令；

電源控制模塊，用于為控制器各模塊提供電源，并根據控制器MCU模塊的指令控制驅動器的電源通斷；

通信模塊，用于與從屬部件及網絡端進行通信。

進一步的，所述按鍵包括SOS鍵，用于采集用戶的緊急信息，當SOS鍵按下時，控制器MCU模塊控制顯示模塊顯示緊急信息，并向數據服務中心發送緊急信息，數據服務中心在收到緊急信息時，將緊急信息和位置信息推送至客戶端。

進一步的，所述控制器MCU模塊還用于向各從屬部件發送心跳包，每個從屬部件接收并回復心跳包，若控制器MCU模塊連續多個心跳包未接受到回復則提示該從屬部件故障并關斷該故障從屬部件的電源。

進一步的，所述通信模塊為USB接口、藍牙、WIFI、GSM移動通信、3G移動通信、4G移動通信、2.4GHz射頻通信、5.8GHz射頻通信、433MHz射頻通信中的一種或多種。

進一步的，所述通信模塊為GSM、3G移動通信、4G移動通信中的一種或多種，通信模塊還連接有衛星定位模塊，所述衛星定位模塊選用GPS、伽利略衛星定位系統、北斗衛星定位系統、格洛納斯衛星定位系統中的一種或多種。

進一步的，所述驅動器包括：

驅動器MCU模塊，用于根據控制器的控制指令向繼電器模塊和驅動模塊發送指令；接收和處理驅動器溫度檢測模塊和電流采樣模塊的檢測信息，當檢測信息異常時，向繼電器模塊發送電源通斷指令，同時還將該異常信息發送給控制器；

繼電器模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令控制驅動模塊和制動器模塊的電源通斷；

驅動模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令驅動動力源工作，其包括驅動管；

制動器模塊，用于斷電時制動；

溫度檢測模塊，用于實時檢測驅動模塊中驅動管的溫度參數，并發送給驅動器MCU模塊；

電流采樣模塊，用于檢測驅動模塊、所述動力源的工作狀態并發送給驅動器MCU模塊。

進一步的，所述動力源包括有刷電機或無刷電機。

進一步的，所述數據服務中心包括：

應用服務器，用于接收和解析設備端發送的信息，傳輸至數據服務器，并將客戶端發來的電動輪椅設置信息傳輸至設備端，同時向客戶端推送電動輪椅的故障信息、緊急消息和位置信息；

數據服務器，用于分類存儲主服務器解析后的工作狀態信息、故障信息和緊急信息；

數據分析服務器，用于根據數據服務器分類存儲的信息進行電動輪椅的工作狀態分析，并向應用服務器進行回饋；

CDN節點，用于存儲供設備端下載的更新程序和更新配置，并通過應用服務器通知設備端進行更新。

進一步的，所述設備端發送的電動輪椅的工作狀態信息具體包括電池電量、位置信息、速度信息或故障信息。

進一步的，所述設備端和應用服務器通過收發心跳包的形式進行通信，設備端將電動輪椅的工作狀態信息、故障信息和緊急信息發送至應用服務器，應用服務器對心跳包進行回復；應用服務器接收到來自客戶端的電動輪椅設置信息時，將設置信息加入心跳包的回復中發送給設備端。

進一步的，所述數據服務中心推送電動輪椅的故障信息、緊急消息和位置信息到電動輪椅綁定的微信客戶端或者手機APP客戶端。

有益效果：本發明提供了一種互聯網智能化電動輪椅控制系統，能夠通過互聯網技術將電動輪椅的工作狀態信息、故障信息和緊急信息上傳至服務器，實時監測與從屬設備的通信連接狀態、檢測自身、驅動器以及動力源各部件內部的工作狀態，并實時同步至數據服務中心，可在數據服務中心分析工作狀態的相關數據以獲知電動輪椅的電池壽命各部件的使用頻率等，有利于各部件的及時維護和故障預警，并通過數據服務中心推送到客戶端，能夠令使用電動輪椅的用戶親屬隨時獲取使用者的使用狀態、位置等信息，在輪椅使用者需要幫助時從設備端通過數據服務中心發送緊急信息，并由數據服務中心推送緊急信息及電動輪椅使用者的位置信息至客戶端，親屬可在APP或微信消息中及時掌握使用者的相關情況，便于處理。本發明通過互聯網與服務器高度聯動，實現互聯網服務的實時性，與數據收集的高頻，為后續的衍生服務提供數據基礎，數據服務中心可以通過分析設備端長期運行的數據，進行設備運行的評估，根據設備當前的損耗情況，提前預判設備的損耗情況。

附圖說明

圖1是互聯網控制系統結構框圖；

圖2是數據服務中心結構框圖；

圖3是緊急消息執行邏輯圖；

圖4是本發明中設備端結構示意圖；

圖5是本發明中設備端組成示意圖；

圖6是本發明中控制器組成示意圖；

圖7是本發明中控制器內部結構框圖；

圖8是本發明中控制器電源模塊第一部分示意圖；

圖9是本發明中控制器電源模塊第二部分示意圖；

圖10是本發明中控制器電源模塊第三部分示意圖；

圖11是本發明中控制器電源模塊第四部分示意圖；

圖12是本發明中控制器CAN模塊示意圖；

圖13是本發明中控制器顯示模塊示意圖；

圖14是本發明中控制器霍爾搖桿模塊示意圖；

圖15是本發明中控制器通信模塊USB接口示意圖；

圖16是本發明中控制器通信模塊轉接口示意圖；

圖17是本發明中控制器通信模塊GSM模塊示意圖；

圖18是本發明中控制器按鍵模塊示意圖；

圖19是本發明中控制器語音模塊示意圖；

圖20是本發明中控制器電量檢測模塊示意圖；

圖21是本發明中驅動器結構框圖；

圖22是本發明中驅動器霍爾模塊示意圖；

圖23是本發明中驅動器溫度檢測模塊示意圖；

圖24是本發明中驅動器制動器模塊示意圖；

圖25是本發明中驅動器驅動模塊半H橋示意圖；

圖26是本發明中驅動器驅動模塊驅動無刷電機示意圖；

圖27是本發明中驅動器驅動模塊驅動有刷電機示意圖；

圖28是本發明中驅動器繼電器模塊示意圖；

圖29是本發明中驅動器電流采樣模塊示意圖；

圖30是本發明中四種故障檢測及響應流程示意圖；

圖31是本發明中霍爾故障檢測示意圖；

圖32是本發明中按鍵故障檢測示意圖；

圖33是本發明中驅動器驅動模塊檢測示意圖；

圖34是本發明中動力源連接檢測示意圖；

圖35是本發明中動力源堵轉保護示意圖。

具體實施方式

下面通過一個最佳實施例并結合附圖對本技術方案進行詳細說明。

如圖1所示，一種互聯網智能化電動輪椅控制系統，包括：

電動輪椅的設備端，用于向網絡端發送電動輪椅的工作狀態信息、故障信息和緊急信息，接收網絡端發來的電動輪椅設置信息并將其轉化為電動輪椅的控制指令；其中電動輪椅的工作狀態信息具體包括電池電量、位置信息或速度信息。

數據服務中心，用于解析并存儲設備端發送的信息，并向設備端反饋客戶端發來的相關設置信息，同時根據解析信息分析電動輪椅的工作狀態，推送相關信息至客戶端；如圖2所示，數據服務中心包括應用服務器，用于運行數據服務中心的主要業務，包括接收和解析設備端發送的信息，傳輸至數據服務器，并將客戶端發來的電動輪椅設置信息傳輸至設備端，同時向客戶端推送電動輪椅的故障信息、緊急消息和位置信息；數據服務器，用于根據數據服務器分類的電動輪椅數據信息進行工作狀態評估與分析，并向應用服務器進行回饋；數據分析服務器，用于根據應用服務器解析的信息分析電動輪椅的工作狀態；CDN節點，用于存儲供設備端下載的更新程序和更新配置，并通過應用服務器通知設備端進行更新。

其中，數據分析服務器主要負責通過分析數據服務器中的數據，可以形成相關的數據報表與趨勢，可以分析預估設備端的運行情況，為使用者以及廠商提供更好的服務。例如可以針對設備端用戶使用的電量消耗情況，充電頻數等分析出設備端的電池損耗情況，可在電池出現嚴重損耗前提前與使用者聯系，主動提供維修服務。另外一方面，廠商可以分析各個功能使用者的使用頻數，分析出下一代產品各個功能的安裝必要性。

客戶端，用于生成電動輪椅設置信息，并接收服務端推送的信息。使用者可以通過微信或者APP終端獲取設備的運行狀態，并能夠回復限速等控制信息至服務器，由此實現對電動輪椅的遠程控制，發生緊急狀況時，也可設置數據服務中心將緊急信息推送至客服中心，進行緊急聯絡。

如圖3所示，其中，設備端和應用服務器通過收發心跳包的形式進行通信，設備端將電動輪椅的工作狀態信息、故障信息和緊急信息發送至應用服務器，應用服務器對心跳包進行回復；應用服務器接收到來自客戶端的電動輪椅設置信息時，將設置信息加入心跳包的回復中發送給設備端。

設備端如圖4所示，具體包括供用戶操作的控制器1、驅動器3、動力源、電池和其他擴展的從屬設備。控制器1作為電控系統的核心部件，其為從屬設備提供一個使能信號，控制從屬設備電源通斷，同時通過CAN總線向從屬設備發送控制指令。電池為整個電控系統提供電源。驅動器3受控于控制器1，電池受控于控制器1發出的使能信號，驅動器MCU同時分析CAN總線上來自控制器1的指令并執行相應的動作。動力源受控于驅動器3。

控制器1與從屬部件均通過CAN總線相連，而不是通過串口連接，能夠避免需要外接多個設備時串口不夠用的情況。如圖5所示控制器1通過控制器1引出線2連接至驅動器3，線纜中含有電源線纜、使能信號線纜、CAN通信線纜。動力源含有兩個電機分別通過動力源連接線4連接至驅動器3上。電池通過一個電池連接線5連接至驅動器3。

控制器1用于根據操作信息和發來的電動輪椅設置信息向從屬部件發送控制指令；接收從屬部件的匯報信息并發送至數據服務中心，當匯報信息異常時進行提示；監測與從屬部件的通信狀態并發送至數據服務中心，當通信異常時，關斷異常從屬部件的電源并提示異常信息；以及與服務器通信連接；

所述從屬部件包括驅動器3，用于根據控制器1發來的指令控制動力源工作，并實時監測動力源的工作狀態，包括其轉速、電流等，當狀態異常時，控制動力源停止工作；同時還針對自身電路進行自檢；

其他從屬部件可以根據實際情況進行添加，如大燈控制器1，按摩部件、輔助控制部件、輔助通信部件等，包括驅動器3在內的從屬部件都可以連接多個。

動力源，用于為電動輪椅提供動力，動力源包括有刷電機或無刷電機。

控制器1作為控制系統的核心，其可以釋放一個使能信號統一控制其他設備的電源通斷，同時可以通過CAN總線傳輸控制指令給從屬設備。控制器1直接通過電池取電，控制自身帶有一個開關按鈕，可以控制自身的電源通斷。驅動器3從屬于控制器1，也直接從電池取電，其電源受控于控制器1，內部含有一個繼電器可以控制驅動部分電源通斷。動力源由驅動器3進行驅動。電控系統仍可以通過CAN總線與使能信號、電源的配合，可以拓展其他外圍設備。

控制器1包括采集模塊、顯示模塊、語音模塊、控制器MCU模塊、電源控制模塊、通信模塊，如圖6所示是控制器1其中一款的零件爆炸視圖。控制器1主要分為三個部分，一個是上殼體總成，一個是下殼體總成，一個是引出線束，即控制器1引出線2。上殼體總成含有以下零件，控制器1上殼體6、霍爾搖桿防護膠帽7、霍爾搖桿支架8、霍爾搖桿9、硅膠按鍵10、USB接口11、USB接口防塵塞12、電路板總成13。下殼體總成含有以下零件，控制器1下殼體14、揚聲器15、GSM模塊16、充電接口17、SIM卡防塵塞18、視窗面板19、液晶屏20。

如圖7所示是本實施例中控制器1的結構框圖?？刂破?內部核心為控制器MCU模塊，控制器MCU模塊可以選型為STM32F10x系列、GD32F10x系列。電源模塊為控制器1提供電源，為從屬部件提供電源使能信號，控制器MCU模塊可以控制控制器1內部的電源通斷以及從屬設備的電源通斷。電量檢測模塊可以檢測當前電池電壓或是電流狀態等，供控制器MCU模塊估算當前的電池電量。顯示模塊、語音模塊、按鍵模塊、霍爾搖桿模塊構成了控制器1的人機交互部分，顯示模塊與語音模塊用于向使用者反饋當前電控系統的工作狀態，按鍵模塊與霍爾搖桿模塊用于采集使用者當前的動作。按鍵包括SOS鍵，用于采集用戶的緊急信息，當SOS鍵按下時，控制器MCU模塊控制顯示模塊顯示緊急信息，并向數據服務中心發送緊急信息，數據服務中心在收到緊急信息時，將緊急信息和位置信息推送至客戶端。本發明通過設置緊急按鍵，即SOS鍵采集用戶的緊急信息，當電動輪椅使用者需要幫助時，按下緊急按鍵便可通過數據服務中心向使用者親屬的手機微信客戶端或者APP客戶端推送緊急消息，緊急消息包含求助信息和電動輪椅使用者的地理位置，本領域技術人員也可使用其他方式采集緊急信息，例如設置緊急開關或旋鈕等，也可根據需要推送其他信息至客戶端。CAN模塊、通信模塊構成了控制器1的通信部分。CAN模塊用于和電控系統內部的設備進行通信。通信模塊用于與從屬部件及網絡端進行通信，此款控制器1中，通信模塊含有USB接口和GSM模塊16，USB接口用于和調試設備進行通信，GSM模塊16用于連接至互聯網。

控制器MCU模塊，根據采集模塊的信息向電源控制模塊和所述驅動器3發送控制指令；控制器MCU模塊選用的STM32F10X系列或者GD32F10X系列。

電源控制模塊，用于為控制器1各模塊提供電源，并根據控制器MCU模塊的指令控制驅動器3的電源通斷；如圖8所示的是控制器1電源控制模塊的電池電源5V穩壓電路，以及開關機自舉電路，開關機按鈕檢測電路。電源控制模塊主要負責為控制器1提供系列電源24V、5V、3.3V電源，并控制其他設備的電源通斷。其中VBB為電池電源；其中D3為一個TVS二極管，用于抑制電源連接時的浪涌；D1為一個單向二極管，用于防止電流向電池倒灌；器件U1為5V穩壓器件，其1號腳為輸入腳，5號腳為使能腳，3號腳為GND，4號腳為反饋腳，2號腳為輸出腳，2號腳連接至L1電感，D2二極管，L1后級連接一個C1電容，一個C2電容。4號腳反饋腳之間連接至輸出的5V電壓。電池電壓輸入后經過一個單向二極管連接至U1的1號腳，電池電壓輸入另一端連接有一個TVS二極管D3，用于抑制浪涌。R1、R2、R3、R6、R7、R9、R10、R11、R12、R13、S1、C4、C5、C9、Q1、Q2、Q3構成一個開關機自舉電路，當按下S1時經過R6、R10、R1，Q1的基極處于一個高電位狀態，Q1導通，R2、R3形成一個分壓電路，是U1的5號腳使能，因此會給U1的5號腳提供一個短暫的使能信號，使得U1提供一個電壓輸出激活控制器MCU，控制器MCU通過使用PIN1鎖定使能信號，使得U1有持續的電源輸出，控制器MCU還可以通過PIN2檢測當前S1的狀態；同時S1按下時Q3基極處于高電位狀態，使得Q3導通，PIN2處與低電位狀態，MCU可以檢測到S1的狀態。當Q1導通后，U1將輸出一個電壓，控制器MCU模塊上電后，通過PIN1輸出一個高電位至Q2的基極，使得Q2導通，令U1持續處于使能狀態。U1、D2、L1、C1、C2組成了一個穩壓電路，U1通過5號腳的使能信號來控制器1當前的輸出狀態，通過4號腳反饋與D2、L1、C1、C2配合，從2號腳輸出一個5V電壓。U2、C7、C6、C8構成一個3.3V穩壓電路。U3、R5、R8、D4構成一個電源控制電路U3一段連接電池電源，控制器MCU模塊通過PIN3控制U3的3號腳實現U3的1號腳OUT1的信號通斷，OUT1連接至其他從屬設備。U4主要用于外部通信設備的電源穩壓與控制,控制器MCU模塊通過PIN4進行電源通斷的控制，U4的5號腳用于輸出3.3V電壓。如圖9所示為控制器1電源控制模塊5V電壓穩壓3.3V電路，U2的1號腳為GND，2號腳與4號腳為電源輸出腳，3號腳為電源輸入腳，C6、C7、C8為U2外圍配套的電容。

如圖10所示為控制器1電源控制模塊從屬部件電源信號控制。U3的1號腳為信號輸出腳，外圍配置一個D4二極管，給從屬設備輸出一個型號。2號腳為GND，3號腳為控制輸入引腳，連接至控制器MCU模塊引出的PIN3，4號腳電源輸入引腳，此引腳的電平將輸出至1號腳。

如圖11所示為控制器1電源控制模塊外圍通信設備電源穩壓與控制電路。U4的4號腳懸空懸空，不做使用。1號腳為電源輸入，此處輸入一個5V電平。2號腳連接至GND。3號腳為使能信號，控制器MCU模塊通過引出的PIN4控制U4的穩壓使能。5號腳為穩壓輸出，此處輸出一個3.3V電平。

通信模塊，用于與從屬部件及服務器進行通信。通信模塊包括USB接口、藍牙、WIFI、GSM移動通信、3G移動通信、4G移動通信、2.4GHz射頻通信、5.8GHz射頻通信、433MHz射頻通信中的一種或多種。本實施例中選擇GSM通信方式，通信模塊連接有衛星定位模塊，所述衛星定位模塊選用GPS、伽利略衛星定位系統、北斗衛星定位系統、格洛納斯衛星定位系統中的一種或多種。

如圖12所示為控制器1CAN通信模塊。U5的1號腳與4號腳為CAN信號輸入引腳，分別連接至控制器MCU模塊引出的PIN5與PIN6。2號腳為GND引腳，3號腳為電源腳，此處連接5V，2號腳與3號腳之間連接一個C3去耦電容。8號腳RS此處不使用連接至GND。5號腳此處不使用懸空。6號腳為CANL輸出，7號腳為CANH輸出，7號腳與6號腳之間有一個R4匹配電阻，同時連接了U13雙向TVS二極管，用于防護靜電、浪涌對U5、CAN總線的影響。

顯示模塊，用于顯示提示信息，如圖13所示為控制器1顯示模塊。U6為顯示模塊液晶接口，液晶接口主要分為幾個部分，分別為控制接口，數據接口，電源接口，背光燈控制接口?？刂平涌谥饕蠧S、RS、WR、RD、RESET，分別為U9的7號、8號、9號、10號、31號引腳，連接至控制器MCU模塊引出的PIN7、PIN8、PIN9、PIN10、PIN12引腳。DB0～DB15為液晶的數據接口，連接至控制器MCU模塊的FSMC接口模塊，對應FSMC0～FSMC15引腳。LED、

LEDK1、LEDK2、LEDK3、LEDK4對應16號至20號引腳為背光燈控制接口，LEDK1～LED4連接R46～R49電阻后連接至GND，LEDA通過控制器MCU模塊的PIN11輸出一個DAC信號，用于控制背光燈的強弱。5號腳、34號腳連接至GND。6號腳、32號腳、33號腳連接至3.3V電源。其他引腳懸空不進行連接。

采集模塊，用于采集用戶的操作信息并反饋至控制器MCU模塊，其包括霍爾搖桿9與按鍵；控制器MCU模塊實時獲取霍爾搖桿9的位置信息并與霍爾搖桿9的位置出廠值比較得出霍爾搖桿9的工作狀態，當狀態異常時進行提示異常，同時停止對霍爾搖桿9的操控信息進行轉換，直至霍爾搖桿9恢復正常狀態；當控制器MCU模塊采集到按鍵持續按下時間超過預設的時間閾值時，提示按鍵異常并停止采集按鍵反饋的操作信息。

如圖14所示為控制器1霍爾搖桿模塊。P2為霍爾搖桿9的接口，接口的2號腳和3號腳為電源接口，外圍配有C26、C27、D6?？刂破鱉CU模塊引出引腳PIN13、PIN13用于檢測霍爾搖桿9的X軸與Y軸。如果控制器MCU模塊為5V基準電壓工作的，則可以直接采集霍爾搖桿9的信號。如果控制器MCU模塊為3.3V基準的，則需要通過電平轉換電路(R43、R44、R35、C28、C29與R50、R51、R55、C30、C31)，將5V電平轉換為3.3V范圍內科檢測電平。

如圖15所示為控制器1通信模塊USB接口。J3為USB2.0標準接口，1號腳為電源引腳，1號腳連接了一個F1保險絲，此處保險絲選型為500mA，符合USB 2.0接口的設計標準。4號腳連接至GND。2號腳、3號腳為USB接口的數據引腳，通過R17、R44電阻連接至控制器MCU模塊引出的PIN15、PIN16引腳。PIN15、PIN16引腳為復用引腳，可以作為USB接口的數據引腳，也可以作為普通的串口引腳引出，此處作為串口引腳使用。

如圖16所示為控制器1通信模塊轉接口。U7可以轉接多種數據模塊，如藍牙模塊、GSM移動通信模塊、WIFI模塊、3G移動通信模塊、4G移動通信模塊、GPS模塊等，PIN17、PIN18、PIN19、PIN20、PIN21可以作為普通串口引腳、SPI引腳、I2C引腳使用。在此款控制器1中，轉接口轉接至GSM模塊16。

如圖17所示為控制器1通信模塊GSM模塊16結構框圖。GSM通過控制器1通信模塊轉接口連接，其電源控制模塊受控于控制器1。其核心通過GSM芯片與SIM卡、天線的配合，實現互聯網的連接，與控制器MCU模塊配合后，可以將電控系統的數據實時上傳至服務器。同時GSM模塊16可以實現基站定位功能，方便云端服務器知曉當前電控系統所在位置。GSM芯片可以選用GU906、SIM808、SIM908、GU906、SIM900系列、SIM800系列、NEO-6M系列、MT250x系列。

如圖18所示為控制器1按鍵模塊。采用了典型的按鍵檢測電路，按鍵S3一端連接至控制器MCU模塊引出的PIN26，另一端連接至GND。PIN26處通過電阻R52連接至3.3V電源，當S3斷開時，PIN26處于高電位狀態，按下S3時，PIN26變為低電平狀態。

語音模塊，用于播報語音提示信息，如圖19所示為控制器1語音模塊。U8為語音存儲芯片，U9為功放芯片。U8的7號腳與5號腳分為3.3V電源與GND；6號腳與1號腳懸空不使用；8號腳為DAC信號的輸出引腳；2號、3號為控制引腳，由控制器MCU模塊引出的PIN22、PIN23控制，PIN22為數據引腳，向語音存儲芯片輸送數據，PIN23為復位引腳。4號腳為狀態引腳，控制器MCU模塊通過PIN24檢測U8是否處于忙碌狀態。2號、3號、4號引腳直接連接R15、R16、R38電阻。U9為功放芯片，其外圍與R14、R39、R40、R42、C23、C24、C25連接形成功放電路，J1為揚聲器。U9的1號腳可以用于控制功放的開關，通過控制器MCU模塊的PIN25進行控制，在PIN25處于懸空狀態時，1號腳經過R14連接與5V電平，處于高電位狀態，即關閉狀態，當PIN25輸出低電位時，功放處于開啟狀態。

如圖20所示為控制器1電量檢測模塊。主要由R54、R57形成的分壓電路，再經過R56、C33配合形成一個分流保護電路，有控制器MCU模塊引出的PIN27引腳進行采樣檢測。驅動器3包括驅動器MCU模塊、繼電器模塊、驅動模塊、制動器模塊、溫度檢測模塊、電流采樣模塊、霍爾檢測模塊

如圖21所示為驅動器3結構框圖。其電源模塊的電源由外部引入，同時電源受控于控制器1提供的使能信號。驅動器3的CAN模塊與控制器1引出的CAN總線相連，接收來自控制器1的指令。驅動器MCU模塊為控制器1的控制核心，其可選為STM32F10x系類，GD32F10x系類。繼電器模塊電源來自電源模塊，其受控于驅動器MCU模塊。驅動模塊、霍爾檢測模塊、制動器模塊、溫度檢測模塊、電流采樣模塊構成了驅動部分，一個驅動器3含有兩個驅動部分。驅動部分電源受控于繼電器模塊，信號受控于驅動器MCU模塊。驅動部分將連接電機，驅動電機工作，并反饋電機的工作狀態。

驅動器MCU模塊，用于根據控制器1的控制指令向繼電器模塊和驅動模塊發送指令；接收和處理驅動器3溫度檢測模塊和電流采樣模塊的檢測信息，當檢測信息異常時，向繼電器模塊發送電源通斷指令，同時還將該異常信息發送給控制器1。

霍爾檢測模塊，用于轉換無刷電機霍爾傳感器的電平信號；驅動器MCU模塊通過霍爾檢測模塊實時獲取無刷電機的連接狀態，并在連接異常時通知控制器1進行提示。如圖22所示為驅動器3霍爾檢測模塊。與霍爾搖桿9電路同樣，在驅動器MCU模塊為5V基準情況下可以直接采樣，在驅動器MCU模塊為3.3V基準時，需通過電平轉換電路將霍爾信號轉換為3.3V電平信號范圍。此處由驅動器MCU模塊引出的PIN28、PIN29、PIN30進行檢測。

制動器模塊，用驅動斷電制動器；驅動模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令驅動動力源工作，其包括驅動管，本實施例中驅動管采用MOS管，本領域技術人員也可選擇其他驅動管；溫度檢測模塊實時檢測驅動模塊中驅動管的溫度參數并發送至驅動器MCU模塊；電流采樣模塊采集驅動部件和無刷電機的連接信息并發送至驅動器MCU模塊，驅動器MCU模塊在驅動管的溫度過高、驅動部件連接故障或無刷電機連接故障時控制繼電器模塊關斷驅動模塊的電源并通知控制器MCU模塊進行提示。如圖23所示為驅動器3溫度檢測模塊。溫度檢測模塊，核心為R19熱敏電阻，R19與R29形成一個分壓電路，由MCU引出PIN31進行采樣檢測，繼電器模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令控制驅動模塊和制動器模塊的電源通斷。

制動器模塊，如圖24所示，用于斷電時制動；制動器模塊由驅動管U10進行驅動，驅動器MCU模塊引出的PIN35引腳輸出一個控制信號，當PIN35引腳處于懸空時，電阻R32連接至GND接地，使得三極管Q4的基極處于低電平狀態，三極管Q4斷開，驅動管U10的控制腳經過電阻R18處于高電平狀態，驅動管U10斷開；當PIN35引腳處于高電平狀態時，三極管Q4的基極同樣處于高電位狀態，三極管Q4導通，電阻R18和電阻R28形成一個分壓電路，使得驅動管U10控制腳處于低電位狀態，驅動管U10導通；PIN35輸出一個PWM調制信號；BREAK_L點與電阻R24、R30、R22、D7、C14、D5、D8組成一個檢測電路；當制動器模塊關閉時，BREAK_L點由電阻R22、R24、R30分壓得到一個高電平信號；當制動器模塊吸合同時PIN35引腳不進行調制時，BREAK_OUTL點處于低電平，BREAK_L點檢測即為低；當PIN32引腳調制時，BREAK_L點即采樣得到相應的調制電壓；與普通的制動器電路不同的是，為了避免普通制動器直接驅動方式帶來較大的噪音，此處利用U10進行調制驅動。常規情況，會直接采用一個三極管直接進行開關驅動，這樣會給制動器的吸合帶來較大的噪音。為了降低噪音，并提示用戶體驗，制動器模塊將通過U10實現特殊的調制方式。在制動器處于斷開狀態，需要吸合時，PIN35將輸出一個高于維持吸合占空比的信號，占空比大于50％，并以1ms～100ms范圍內的時間間隔逐步遞增，遞增值在1％～15％之間，直至BREAK_L檢測繼電器處于吸合狀態，然后將占空比降為制動器的維持吸合值，維持吸合值在1％～50％范圍內。當制動器處于吸合狀態，需要斷開時，將占空比從維持吸合值降為0％，即可使制動器斷開。經過實際的試驗與對比，采用此種特殊調制方式，比傳統的調制方式噪音更小。

驅動模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令驅動動力源工作，其包括驅動管；如圖25所示為驅動器3驅動模塊半H橋電路。半H橋電路主要有V1、V2進行驅動電路，V1為控制半H橋上橋的驅動管，V2位控制半H橋下橋的驅動管。當PIN32為高電平的時候，Q7導通，Q5的基極處于低電平狀態，由于V1的S極電壓時浮動的，15V電壓通過自舉電路電容作用，使得V1的G極與S極之間的電壓差為15V，從而使V1導通。Q6是在V1關閉的瞬間提供續流。當PIN33為低電平時，Q11導通，Q9的基極處于低電位狀態，Q9導通，15V電壓加載在V2的G極與S極之間，此時V2導通，同時V1的自舉電容通過V2形成回路，給V1的自己電容供電。Q10的作用是V2關閉的瞬間提供續流。

如圖26所示為驅動器3驅動無刷電機的示意圖。當驅動模塊連接至無刷電機時，需要通過霍爾檢測模塊檢測無刷電機當前的相位角，進而控制半H橋的通斷。如當霍爾檢測當前無刷電機為1相位角時，上橋A與下橋B導通，其他關斷，當為2相位角時，上橋B與下橋C導通，其他關斷，相位角與上下橋的對應關系根據電機實際繞線方式、霍爾傳感器安裝位置決定。

如圖27所示為驅動器3驅動有刷電機的示意圖。當驅動模塊連接至有刷電機時，不需要霍爾檢測模塊工作，驅動模塊中半H橋僅需要工作兩路。如當上橋A與下橋B導通時，有刷電機正傳，當上橋B與下橋A導通時，有刷電機反轉。

繼電器模塊，用于根據驅動器MCU模塊的指令控制驅動模塊和制動器模塊的電源通斷；如圖28所示為驅動器3繼電器模塊。繼電器U11輸出端U11B一端連接電池電壓，另一端連接至驅動模塊電源。PIN34用于控制Q8的通斷，當PIN34處于懸空狀態時，Q8的控制腳通過R62拉低至GND，Q8處于斷開狀態，斷開時U11A控制腳懸空，繼電器輸出端U11B斷開。PIN34處于高電平時狀態時，Q8導通，繼電器控制端U11A處于低電平狀態，繼電器輸出端U11B吸合。

電流采樣模塊，用于檢測驅動模塊、所述動力源的工作狀態并發送給驅動器MCU模塊。如圖29所示為驅動器3電流采樣模塊。U12、U13為兩個運算放大器，通過采集驅動模塊三個半橋輸出相線的差分信號，經過運算放大器處理即可以得到相線的電流大小，由單片機引出的PIN35、PIN36、PIN37進行相線電流的采集。通過U13A還可以采集單側電池輸出平均電流與驅動器3部件的母線電流，有PIN38、PIN39進行采樣。

為了考慮到電控系統的安全性與可靠性，控制器1與驅動器3通過緊密配合，針對整個電控系統進行實時工作狀態的監控。工作狀態的監控主要涉及幾個方面，控制器1中人機交互部分的工作狀態，驅動器3的工作狀態、動力源的工作狀態，電池的工作狀態。

控制器1作為整個電控系統的核心，工作狀態監控過程中，主要的職責有三點，一是通過語音模塊和顯示模塊向使用者提示故障，二是通過MCU進行控制器1內部模塊的檢測，三是控制器MCU模塊以通過CAN總線向各從屬部件發送心跳包的方式監控從屬的工作狀態，每個從屬部件接收并回復心跳包，從屬設備通過MCU進行自身內部模塊的工作狀態監控，控制器1通過心跳包的回復情況判斷從屬設備是否在線。驅動器3屬于從屬部件之一。若控制器MCU模塊連續多個心跳包未接受到回復則提示該從屬部件故障并關斷該故障從屬部件的電源。

驅動器3如果遇到驅動部分中出現故障或者動力源出現故障，將直接控制繼電器模塊斷開驅動部分電源，并通過CAN總線上報控制器1。驅動器3如果出現其他故障，導致無法和控制器1完成通信的，將由控制器1通過心跳包是否有回應，判斷驅動器3的狀態，具體的，控制器1，將以心跳包的形式，心跳包頻率在10HZ～10000HZ范圍內，詢問各個連接于CAN總線上從屬部件的工作情況，各個從屬部件收集自身或是自身驅動設備的工作狀態，以響應心跳包的形式將信息通過CAN總線反饋至控制器1。如果從屬部件連續數個心跳包沒有響應，控制器1可以認定從屬部件出現異常，控制器1可直接關斷從屬部件的電源，防止因為從屬部件所出現的異常而給電動輪椅帶來不可控的運動狀態。

控制器1一旦接收到來自從屬部件的異常匯報，或是控制器1檢測到自身的人機交互部分出現異常，或是控制器1連續多次沒有接收到來從屬部件的，將通過MCU驅動U6為核心的顯示模塊，以及U8、U9為核心的語音模塊，顯示出相應的異常或故障圖標，發出相應的異常或故障提示音，告知使用者當前的異?；蚬收蠣顟B。

如圖30所示，列出了上述四種情況下，故障產生后控制器1及驅動器3的應對響應流程?？刂破?以及驅動器3對于各個故障檢測的方法具體如下：

控制器1針對人機交互部分的工作狀態檢查，主要針對霍爾搖桿9部分以及按鍵部分。

如圖31為霍爾搖桿9故障檢測?；魻枔u桿9部分因為其霍爾特性，在使用較長時間后，或是受到極強磁場近距離干擾(如電磁鐵靠近)，可能會對霍爾搖桿9的采樣值造成影響，造成電動輪椅無法控制的運動。為了避免出現這一次情況，控制器1在第一次出廠開機檢驗時，會對霍爾搖桿9的中位置進行采樣，記錄為X_MID與Y_MID(如果霍爾搖桿9存在Z，則仍需采樣Z_MID),并寫入MCU的內部FLASH中。以后每次開機時都會對霍爾搖桿9當前狀態值與存儲的X_MID、Y_MID(Z_MID)進行對比，如果當前狀態值與存儲值差值在-A～+A范圍內(A根據霍爾搖桿9的型號可為1～1000內的值，A為12位AD下的采樣值，如果AD采樣精度發送變化，差值范圍將等比例變化)，則說明霍爾搖桿9正常，如果在范圍外，則說明霍爾搖桿9異常，需要進行校準或是更換?；魻枔u桿9出現異常時，MCU將屏蔽霍爾搖桿9，強制認定霍爾搖桿9輸出值處于中位，保證電動輪椅不產生任何異常運動，并持續監測霍爾搖桿9，直至霍爾搖桿9采樣值恢復至誤差范圍內，才會解除屏蔽。

如圖32為按鍵的故障檢測。按鍵部分主要有控制器MCU進行直接檢測，如果按鍵持續處于按下狀態時間大于B秒(B為大于等于1的值，根據實際情況確定)，那么將認定按鍵出現異常，將屏蔽按鍵的相應功能，直至按鍵恢復釋放狀態后，解除屏蔽。

電池的工作狀態主要由控制器1進行監控?？刂破?通過PIN27以及圖20的電量電測電路，采集得到當前電池的電壓值BAT_A，由于直接采樣值會因為AD采樣自身誤差以及電池在不同負載時電壓會有所波動，BAT_A會跟隨以上兩點原因產生一定的波動，如果直接將BAT_A的值輸出至顯示模塊，會給使用者來帶一定的困惑。為了提升用戶提檢驗，我們采用一個濾波算法將BAT_A的值經過濾波穩定后再輸出至顯示模塊，控制器1采集電池的電壓值BAT_A經公式(1)濾波穩定后得到電壓輸出值BAT_OUT，控制器1根據電壓輸出值BAT_OUT計算并顯示電池的電量：

AGV_T為大于1的任意值，AVG_D為小于AGV_T大于0的任意值，AGV_T越大，AVG_D越接近1，對于BAT_A的變化抑制越強，輸出值越穩定。

驅動部件的工作狀態檢測主要是針對通過電流采樣來實現的。如圖33所示，驅動器3對于驅動模塊的檢驗。在驅動部件啟動時，會對各個半橋進行檢測確保半橋器件工作正常。以圖25的半橋為例，令PIN33為高電平，通過PIN32輸出一個高電平脈沖，并利用PIN35對此路相電流進行采樣，如果發現采樣電流較大，則說明V2損壞。令PIN32為低電平，PIN33輸出一個低電平脈沖，繼續利用PIN35對此路向電流進行采樣，如果發現采樣電流較大，則說明V1損壞。

如圖34所示，為當動力源對于電機連接的檢測。為無刷電機時，可以通過讀取霍爾檢測模塊的信號值，來判斷無刷電機是否連接，如果PIN28、PIN29、PIN30讀取到的信號值都為0，則說明無刷電機未連接。當有刷部件開始運轉時，通過PIN35、PIN36、PIN37針對三路相線進行電流采樣，如果出現在對應相限工作，單電流較小，幾乎為0時，說明電機該相損壞或是該相線連接異常，將及時停止電機運作。當動力源為有刷電機時，將通過驅動模塊驅動后，利用電流采樣模塊檢測相線電流來識別電機是否連接，如果，在驅動部件開始驅動后，電流采樣仍然很小，幾乎為0時，說明有刷電機未連接或連接出現異常。

如圖35所示，為驅動器3對于動力源的堵轉保護。同時，在動力源正常工作時，電流采樣模塊通過PIN38引腳實時監測動力源工作電流，當工作電流持續C秒大于D安培時，驅動器MCU模塊判斷動力源為堵轉狀態，控制繼電器模塊關斷驅動模塊的電源并通知控制器MCU模塊進行提示；當PIN38引腳檢測到工作電流大于E安培時，驅動器MCU模塊判斷為動力源為過流狀態，斷開繼電器模塊電源，激活制動器，并通知控制器1進行提示；其中C大于10，D大于1，E大于D。