楊華+吳敏

摘 要設(shè)計(jì)制作一款智能觸控電動滑板，本制作以加長型抗高壓滑板作為平臺，系統(tǒng)采用嵌入式ARM系統(tǒng)（以STM32作為核心控制芯片）、電容式觸摸控制操作方式、直流無刷電機(jī)驅(qū)動、24V/8AH的電池組供電、無線（藍(lán)牙）通信以及太陽能環(huán)保充電等技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】觸控 藍(lán)牙 電動滑板

1 引言

在名偵探柯南動畫片中。柯南有一輛阿笠博士發(fā)明的以太陽能為動力的滑板。滑板上裝有一個強(qiáng)勁的引擎。該引擎的動力主要依靠太陽能電池，但日落后，便失去動力。經(jīng)過博士改良后，便能夠用電池補(bǔ)充電力。即使是太陽下山后，也能行動自如。

目前，滑板運(yùn)動以其自由的運(yùn)動方式以及超越身心極限的快感等特點(diǎn)，在歐美各國及各發(fā)展中國家己經(jīng)成為都市青年最流行、最持久的時尚。但由于它目前大多數(shù)使用的仍是傳統(tǒng)的人力驅(qū)動，因此在節(jié)省體力以及受眾人群等方面略顯不足。

本作品的設(shè)計(jì)采用電力驅(qū)動來代替人力，并輔以遙控調(diào)速，既節(jié)省了體力，又提高了使用的便捷度，使之或可在路面上行駛代步，或可成為休閑運(yùn)動的一種方式，將動畫片與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

本制作采用無線（藍(lán)牙通信）傳輸電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，用ARM系列芯片作為系統(tǒng)的主控制芯片，首先將電容式觸摸按鍵的PWM信號采樣到微控制器并判斷是哪種信號（加速、剎車、大燈、巡航），然后系統(tǒng)將采集到的控制信號進(jìn)行編碼處理，經(jīng)主機(jī)無線（藍(lán)牙通信）模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，然后通過從機(jī)無線（藍(lán)牙）模塊接受數(shù)據(jù)并解碼為控制信號，連接到電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)，通過其中的微控制器，根據(jù)控制信號執(zhí)行相應(yīng)的執(zhí)行元件的控制，如車燈控制、調(diào)速控制、巡航控制、剎車控制，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)

整個控制系統(tǒng)分為硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。硬件電路可分為遙控控制（主機(jī)）電路和滑板（從機(jī)）控制電路兩部分；軟件程序設(shè)計(jì)部分也可分為遙控控制（主機(jī)）程序和滑板（從機(jī)）控制程序設(shè)計(jì)兩部分。

遙控控制（主機(jī)）硬件電路包括：電源升壓、穩(wěn)壓、太陽能充電、手動復(fù)位、觸摸信號采樣、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換處理、無線（藍(lán)牙）信號發(fā)射和接收部分，以及單片機(jī)與各部分的接口處理部分。

遙控控制（主機(jī)）程序設(shè)計(jì)：由單片機(jī)來采集觸摸芯片的PWM信號，并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換成控制指令，然后經(jīng)無線（藍(lán)牙）模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。STM32芯片是該功能模塊的核心，該芯片通過外接電源及晶振提供能源和時鐘源，來完成對輸入PWM信號的轉(zhuǎn)換與A/D轉(zhuǎn)換。

滑板（從機(jī)）控制硬件電路包括：電源穩(wěn)壓、太陽能充電、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換處理、無線（藍(lán)牙）信號發(fā)射和接收部分，以及單片機(jī)與各部分的接口處理部分。

滑板（從機(jī)）控制程序設(shè)計(jì)：由從機(jī)無線（藍(lán)牙）模塊接收主機(jī)發(fā)送的信號，STM32芯片接收并還原序列脈沖數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)部編程處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令來驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行；此部分控制電路是滑板的核心。電機(jī)驅(qū)動控制電路所要完成的最大功能就是要根據(jù)指令對滑板的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，STM32芯片管腳輸出PWM占空比信號，電機(jī)根據(jù)占空比頻率來進(jìn)行加減速（例如：占空比大，表示此時輸出電壓較大，轉(zhuǎn)速提高，完成加速），在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時檢測電池組狀態(tài)，并實(shí)時經(jīng)無線（藍(lán)牙）模塊發(fā)回主機(jī)。整個程序包括管理程序和控制程序兩部分。管理程序是對LED進(jìn)行動態(tài)刷新，控制指示燈，進(jìn)行欠壓、過流、飛車等保護(hù)?？刂瞥绦蚴怯脕韺﹄妷?、電流采樣，數(shù)據(jù)處理，根據(jù)PWM占空比數(shù)據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動的輸出等。

4 結(jié)語

本制作現(xiàn)有技術(shù)與國內(nèi)產(chǎn)品相比具有很多優(yōu)越性和創(chuàng)新點(diǎn)：

4.1 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢

（1）國內(nèi)現(xiàn)有的產(chǎn)品都是單電機(jī)驅(qū)動，平衡性、安全性不高，而且價格昂貴，本制作為雙電機(jī)驅(qū)動，平衡性、安全性很高，而且價格并不昂貴；

（2）該作品電機(jī)輪組采用了獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，保護(hù)電機(jī)系統(tǒng)，并申請了專利；

（3）無線電容式觸摸太陽能遙控，更新穎、更環(huán)保；

（4）采用新型動力電池，動力更強(qiáng)勁，滑板更加輕盈；

（5）采用全密封式防水設(shè)計(jì)，更耐摔，免于維護(hù)。

本制作采用單片機(jī)控制，更加智能、人性化；雙電機(jī)驅(qū)動，動力更強(qiáng)勁；重量更輕；無線觸摸遙控，控制更簡單。

4.2 適應(yīng)范圍

滑板運(yùn)動己經(jīng)成為都市青年最流行、最持久的時尚運(yùn)動。

4.3 推廣前景的技術(shù)性分析

目前國內(nèi)市場產(chǎn)品偏少，并且是單電機(jī)單輪組普通滑板，售價高，國外產(chǎn)品價格更高，該作品擁有10多項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)，與國內(nèi)產(chǎn)品相比技術(shù)上有絕對優(yōu)勢，并且成本更低。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測

人力驅(qū)動的滑板運(yùn)動都己經(jīng)成為都市青年最流行、最持久的時尚，那么經(jīng)過智能化處理的電動滑板，必定在國內(nèi)市場前景甚好。

參考文獻(xiàn)

[1]周達(dá)左.電動滑板車遙控器及控制器的開發(fā)與研究[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

作者單位

1.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系 江蘇省常州市 213000

2.常州華迪特種變壓器有限公司 江蘇省常州市 213016