本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮椤?0610146562.6”、申請(qǐng)日為2016年3月15日、發(fā)明名稱為“電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種電動(dòng)輪椅控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種電動(dòng)輪椅用人體感應(yīng)啟動(dòng)及避障控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約有各類殘疾人8300萬(wàn)，老年人1.5億，是世界上擁有身體功能障礙人口最多的國(guó)家，巨大的人口基數(shù)將使老齡化問(wèn)題在未來(lái)十年內(nèi)成為困擾我們的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題。促進(jìn)殘疾人事業(yè)發(fā)展，改善殘疾人狀況，已成為全面建設(shè)小康社會(huì)和構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)。

目前，對(duì)于下肢站立和行走能力較弱或喪失的殘疾人和老人來(lái)說(shuō)，在日常生活中，當(dāng)他們需要電動(dòng)輪椅來(lái)解決出行和康復(fù)，傳統(tǒng)的電動(dòng)輪椅不能感應(yīng)到人體的是否坐在輪椅正確的位置上，也不能判斷行駛環(huán)境的路況，給使用電動(dòng)輪椅的人帶來(lái)安全隱患。本發(fā)明是一種智能輔助裝置，用于輪椅的使用者在正確坐姿狀態(tài)下開(kāi)啟電源，在坐姿狀態(tài)下輪椅正常行駛。使用者在操作輪椅時(shí)，有遇到障礙提醒，遇到上坡、下坡報(bào)警提示，遇到上下坡路況根據(jù)坡道坡度輪椅加速或減速的功能。能夠有效改善輪椅使用者的日常生活狀況，給他們帶來(lái)一種全新的、安全的生活方式，有利于提高他們的康復(fù)水平和駕駛輪椅的舒適度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供適用于電動(dòng)輪椅的一種方便可靠的電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)，提高使用者的使用安全性以及方便程度。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明之目的，采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種電動(dòng)輪椅感應(yīng)啟動(dòng)及避障系統(tǒng)，包括：主控制器、傳感器模塊、電源管理模塊和輔助模塊，其中：

主控制器分別與傳感器模塊、電源管理模塊、輔助模塊連接；

傳感器模塊包括位置傳感器；

電源管理模塊包括電源和電源自啟動(dòng)裝置，自啟動(dòng)裝置作為電源開(kāi)關(guān)，處于常開(kāi)狀態(tài)，以斷開(kāi)電源供電，當(dāng)該自啟動(dòng)裝置受到壓力后，開(kāi)關(guān)閉合，電源導(dǎo)通，電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)處于上電狀態(tài)，主控制器控制電源暫時(shí)不向輪椅驅(qū)動(dòng)裝置供電；

系統(tǒng)上電后，位置傳感器將電動(dòng)輪椅使用者的乘坐位置信息實(shí)時(shí)發(fā)送給主控制器，主控制器根據(jù)接收到的位置信息判斷使用者是否處于安全位置，如果處于安全位置，主控制器控制電源控制模塊向輪椅的驅(qū)動(dòng)裝置供電；如果判斷使用者未處于安全位置，則主控制器控制電源控制模塊不向輪椅的驅(qū)動(dòng)裝置供電，同時(shí)主控制器控制輔助模塊中的語(yǔ)音模塊發(fā)出未處于安全位置的語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

位置傳感器設(shè)置在電動(dòng)輪椅左右扶手上，且距離靠背的距離不大于10cm，該位置傳感器是紅外探測(cè)模塊，包括紅外光發(fā)射器和紅外光接收器，分別相對(duì)設(shè)置在左右扶手上，當(dāng)接收到紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光時(shí)，該紅外光接收器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將該電信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給主控制器，主控制器接收到該信號(hào)后，判斷使用者尚未處于安全位置；當(dāng)使用者遮擋住紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外光時(shí)，紅外接收器接收不到該光線，不再向主控制器發(fā)送所述電信號(hào)，此時(shí)主控制器判斷使用者處于安全位置。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

傳感器模塊還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器分別設(shè)置在輪椅的兩個(gè)區(qū)域：坐面區(qū)域、靠背區(qū)域，用于檢測(cè)使用者身體的坐面壓力、靠背壓力，并將檢測(cè)到的壓力數(shù)值實(shí)時(shí)傳輸給主控制器，主控制器根據(jù)接收到的壓力數(shù)值決定是否報(bào)警或降低輪椅的速度。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

主控制器將接收到的靠背壓力數(shù)值、坐面壓力數(shù)值分別與預(yù)設(shè)的多個(gè)靠背壓力閾值和多個(gè)坐面壓力閾值進(jìn)行比較，當(dāng)靠背壓力數(shù)值和坐面壓力數(shù)值分別小于第一靠背壓力閾值和第一坐面壓力閾值而大于第二靠背壓力閾值和第二坐面壓力閾值時(shí)，主控制器向輔助模塊發(fā)出控制信號(hào)，控制輔助模塊的語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警；當(dāng)靠背壓力數(shù)值和坐面壓力數(shù)值中的至少一個(gè)小于預(yù)設(shè)的第二靠背壓力閾值或坐面壓力閾值時(shí)，控制器向輔助模塊發(fā)出控制信號(hào)，控制輔助模塊的語(yǔ)音模塊進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，主控制器同時(shí)向輪椅驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出減速的指令，降低電動(dòng)輪椅驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

所述第一靠背壓力閾值大于第二靠背壓力閾值；第一坐面壓力閾值大于第二坐面壓力閾值。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

輔助模塊包括按鍵操作模塊，所述鍵操作模塊包括一個(gè)電源開(kāi)關(guān)按鍵、一個(gè)鳴笛按鍵、一個(gè)速度增加按鍵、一個(gè)速度減小按鍵、三個(gè)設(shè)置時(shí)間按鍵；

所述電源開(kāi)關(guān)按鍵與自啟動(dòng)裝置并聯(lián)連接。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

按鍵操作模塊還包括操作裝置，該操作裝置是設(shè)置在輪椅扶手上的操作桿，操作桿可以前、后、左、右移動(dòng)，并將相應(yīng)的移動(dòng)信號(hào)發(fā)送給主控制器，主控制器接收到該操作信號(hào)后，向輪椅驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送相應(yīng)的操作命令，驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，當(dāng)接收到前、后的操作命令后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)輪椅向前或向后移動(dòng)；當(dāng)接收到左、右轉(zhuǎn)向的操作命令后，轉(zhuǎn)向電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)輪椅左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

電源管理模塊還包括電壓轉(zhuǎn)換電路和電池電量檢測(cè)電路；

電源轉(zhuǎn)換模塊用于將電源電壓轉(zhuǎn)換為用于主控制器工作的電壓，以及用于傳感器模塊、按鍵模塊、語(yǔ)音合成模塊和oled顯示模塊工作需要的電壓；

電池電量檢測(cè)電路用于對(duì)電源電量進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)時(shí)將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給主控制器，主控制器將接收到的電量數(shù)值與預(yù)定的電量閾值比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前者低于后者時(shí)，主控制器控制輔助模塊的語(yǔ)音模塊發(fā)出電量低的語(yǔ)音提示。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

所述電壓轉(zhuǎn)換電路包括降壓芯片、第一三端穩(wěn)壓元件，第二三端穩(wěn)壓元件。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

所述電壓轉(zhuǎn)換電路還包括二極管10a10、肖特基二極管ss34、50v，220μf電解電容、16v，220μf電解電容、10a保險(xiǎn)管、0.1μf電容、1μf電容、10μf電容和100μh電感；

降壓芯片lm2576hv的1腳為電壓輸入端，接24v電源電壓，電源電壓輸出端先接10a保險(xiǎn)管再接二極管10a10正極，二極管10a10負(fù)極接lm2576hv的1腳，實(shí)現(xiàn)24v電壓的輸入，二極管10a10負(fù)極輸出通過(guò)50v、220μf電解電容濾波；

降壓芯片lm2576hv的3腳為接地端，接地；5腳為片選端，低電平有效，接地；2腳為電壓輸出端，接肖特基二極管ss34穩(wěn)壓和續(xù)流，2腳輸出電壓為12v，2腳接100μh儲(chǔ)能電感一端、電感另一端接電解電容一端，電解電容另一端接地；4腳接到電感與電解電容的連接端，作為反饋輸入；

第一三端穩(wěn)壓集成電路l7805輸入端接12v電壓，用10μf電容濾波，輸出端用0.1μf電容濾波，產(chǎn)生5v電壓；

第二三端穩(wěn)壓集成電路lm1117-3.3輸入端接5v，用0.1μf電容濾波，輸出端用0.1μf電容濾波，產(chǎn)生3.3v電壓。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

所述輔助模塊還包括oled顯示模塊，用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息，顯示障礙物距離，顯示路況信息，顯示電池電量，顯示輪椅行走的距離和輪椅剩余行走距離；

所述輔助模塊還包括計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器安裝在輪椅輪軸上，輪椅輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，計(jì)數(shù)器向主控制器發(fā)送一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)，主控制器累加該計(jì)數(shù)信號(hào)，并將累加值與輪椅輪子周長(zhǎng)相乘，得到的數(shù)值即為輪椅的行走距離，主控制器實(shí)時(shí)將該距離顯示在顯示模塊上；主控制器中預(yù)先設(shè)置有電池電量與可行走距離的對(duì)照表，主控制器根據(jù)電池電量檢測(cè)電路檢測(cè)出的電源電量信息，與該對(duì)照表進(jìn)行比較，得到該電源電量所對(duì)應(yīng)的可行走距離，并將電池電量以及該可行走距離顯示在顯示模塊上。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

傳感器模塊還包括路況傳感器模塊，用于探測(cè)路況,并將路況信息實(shí)施傳輸給主控制器，主控制器根據(jù)接收到的路況信息確定是否報(bào)警以及是否減速。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

該路況傳感器模塊是超聲波探測(cè)器，包括第一超聲波探測(cè)器和第二超聲波探測(cè)器，其中第一超聲波探測(cè)器安裝在輪椅正前方腳踏板上低于座位板的高度，第二超聲波探測(cè)器安裝在輪椅腳踏板前側(cè)下方，低于第一超聲波探測(cè)器；

系統(tǒng)開(kāi)啟后，第一超聲波探測(cè)器和第二超聲波探測(cè)器的探頭發(fā)送和接收信號(hào)，初步識(shí)別環(huán)境路況，其中，第一超聲波探測(cè)器主要檢測(cè)輪椅前方的障礙物情況，第二超聲波探測(cè)器主要檢測(cè)地面的路況信息，兩個(gè)超聲波探測(cè)器均將探測(cè)信號(hào)發(fā)送給主控制器。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

主控制器對(duì)所述超聲波探測(cè)器檢測(cè)到的信號(hào)按如下方式進(jìn)行讀入濾波：超聲波探測(cè)器在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)采集n個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)，其中n為大于1的整數(shù)，并發(fā)送給主控制器，主控制器把這n個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)降序排列，將前一個(gè)周期確定的參考信號(hào)與第一個(gè)信號(hào)比較，如果二者差值較大，則將參考信號(hào)與下一個(gè)信號(hào)比較，如果二者差距較小，則取該二信號(hào)的值的平均值作為參考值，并將該參考值與再下一個(gè)信號(hào)比較，重復(fù)上述的參考值比較確定方式，最終確定該周期的信號(hào)參考值。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

主控制器將相鄰采樣周期的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一超聲波探測(cè)器的探頭返回的參考數(shù)值的變化量大于預(yù)定的變化量閾值時(shí)，主控制器認(rèn)為前方有疑似障礙物，此時(shí)主控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)；

主控制器將相鄰采樣周期的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二超聲波探測(cè)器的探頭返回的參考數(shù)值大于預(yù)定的閾值時(shí)，主控制器認(rèn)為路況有變化，此時(shí)主控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

傳感器模塊還包括坡度傳感器，坡度傳感器是二自由度傳感器，安裝在輪椅主框架內(nèi)，相對(duì)于輪椅重心垂直軸平行,在輪椅前傾和后傾兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，將測(cè)得的輪椅重心垂線的變化量實(shí)時(shí)傳輸給主控制器。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

當(dāng)輪椅在平地時(shí)，二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為0，當(dāng)輪椅上下坡時(shí)，二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值有變化，上坡數(shù)值為正數(shù)、下坡數(shù)值為負(fù)數(shù)；

當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為正數(shù)，主控制器判斷輪椅在上坡，控制語(yǔ)音模塊提示上坡；

當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為負(fù)數(shù)，主控制器判斷輪椅在下坡，控制語(yǔ)音模塊提示上坡。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

主控制器實(shí)時(shí)將二自由度傳感器檢測(cè)的輪椅重心垂線的數(shù)值的絕對(duì)值與預(yù)設(shè)的坡度最大閾值進(jìn)行比較，當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)坡度最大閾值時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，提示坡度危險(xiǎn)，輪椅必須停止；

當(dāng)主控制器接收到負(fù)值時(shí)判斷輪椅處于下坡，此時(shí)主控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)，降低輪椅轉(zhuǎn)速；當(dāng)主控制器接收到正值時(shí)判斷輪椅處于上坡，此時(shí)主控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速轉(zhuǎn)動(dòng)，提高輪椅轉(zhuǎn)速。

所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步的：

主控制器還采用如下方式計(jì)算輪椅所處坡度i：

其中設(shè)坡度為i，l為第二超聲波探測(cè)器2距離地面的距離，cn為第二超聲波探測(cè)器2的第n個(gè)周期采集參考數(shù)值，cn+1為第二超聲波探測(cè)器2的第n+1個(gè)周期采集參考數(shù)值，s為輪椅速度，tn為一個(gè)采集周期。

附圖說(shuō)明

圖1為電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為電壓轉(zhuǎn)換電路電路圖；

圖3為超聲波探測(cè)器安裝位置示意圖；

圖4為電源電壓檢測(cè)電路示意圖；

圖5為超聲波傳感器數(shù)據(jù)讀入濾波流程圖；

圖6為坡度計(jì)算原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)包括：主控制器、傳感器模塊、電源管理模塊和輔助模塊。

其中主控制器分別與傳感器模塊、電源管理模塊、輔助模塊連接，并用于控制相關(guān)模塊的工作以及實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)輪椅的整體控制。

電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)在輪椅不工作時(shí)一般處于斷電狀態(tài)，以節(jié)約電能。傳統(tǒng)的電動(dòng)輪椅，使用者乘坐時(shí)，需要手動(dòng)打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，本發(fā)明的電源管理模塊包括電源自啟動(dòng)裝置，也即壓力啟動(dòng)模塊，可以作為電源開(kāi)關(guān)使用，該壓力啟動(dòng)模塊設(shè)置在電動(dòng)輪椅座位板上，優(yōu)選的可以設(shè)置在座位板的座套下，該壓力啟動(dòng)模塊可以是彈簧開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)處于常開(kāi)狀態(tài)，作為系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)使用，當(dāng)使用者坐到電動(dòng)輪椅上時(shí)，使用者的自身重量壓在彈簧開(kāi)關(guān)上，導(dǎo)致該開(kāi)關(guān)閉合，電源導(dǎo)通，電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)處于上電狀態(tài)。電源模塊還具有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，可以以按鍵操作模塊中的電源開(kāi)關(guān)按鍵形式(該開(kāi)關(guān)將在后面的內(nèi)容中描述)實(shí)現(xiàn)，該手動(dòng)開(kāi)關(guān)與壓力啟動(dòng)模塊并聯(lián)連接，使得使用者可以在壓力啟動(dòng)模塊失效的情況下，能夠通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟電源，為系統(tǒng)供電。

電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)上電后，主控制器控制電源管理模塊中電源的功率輸出，此時(shí)電源管理模塊的電源僅向電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)供電，而不向電動(dòng)輪椅的驅(qū)動(dòng)裝置供電，以提高使用者的安全性。

傳感器模塊包括位置傳感器、路況傳感器、坡度傳感器和壓力傳感器。電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)上電后，位置傳感器開(kāi)始工作，該位置傳感器設(shè)置在電動(dòng)輪椅靠背附近處，優(yōu)選的設(shè)置在電動(dòng)輪椅左右扶手上，且距離靠背的距離不大于10cm，優(yōu)選的該位置傳感器可以是紅外探測(cè)模塊，包括紅外光發(fā)射器和紅外光接收器，分別相對(duì)設(shè)置在左右扶手上，該紅外光接收器是一種光電轉(zhuǎn)換器，當(dāng)接收到紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光時(shí)，該紅外光接收器會(huì)將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將該電信號(hào)傳輸給主控制器。主控制器接收到該信號(hào)后，判斷使用者尚未處于安全位置(乘坐位置過(guò)于靠前)，因此主控制器發(fā)出不供電的控制信號(hào)給電源管理模塊，此時(shí)電源管理模塊控制電源不向輪椅驅(qū)動(dòng)裝置供電。當(dāng)使用者的乘坐位置接近輪椅靠背或接觸到輪椅靠背時(shí)，此時(shí)使用者身體遮擋住紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外光，則紅外接收器接收不到該光線，不再向主控制器發(fā)送所述電信號(hào)。此時(shí)主控制器判斷使用者處于安全位置，即使用者背部距離輪椅靠背不超過(guò)10cm，主控制器發(fā)送指令給電源控制模塊，電源控制模塊在該指令控制下，控制電源向輪椅驅(qū)動(dòng)裝置供電。

由于電動(dòng)輪椅的使用者多為老、弱、病人，有可能在使用輪椅時(shí)坐姿不正確或坐姿發(fā)生偏移，這會(huì)導(dǎo)致輪椅運(yùn)行中發(fā)生使用者墜落的風(fēng)險(xiǎn)。因此在輪椅開(kāi)始移動(dòng)或移動(dòng)過(guò)程中，主控制器需要監(jiān)測(cè)使用者的坐姿。坐姿的檢測(cè)，由壓力傳感器完成。兩個(gè)壓力傳感器分別設(shè)置在輪椅的兩個(gè)區(qū)域：坐面區(qū)域、靠背區(qū)域，用于檢測(cè)使用者身體的坐面壓力、靠背壓力，并將檢測(cè)到的壓力數(shù)值實(shí)時(shí)傳輸給主控制器。主控制器將接收到的靠背壓力數(shù)值、坐面壓力數(shù)值分別與預(yù)設(shè)的多個(gè)靠背壓力閾值和多個(gè)坐面壓力閾值進(jìn)行比較，當(dāng)靠背壓力數(shù)值和坐面壓力數(shù)值分別小于第一靠背壓力閾值和第一坐面壓力閾值而大于第二靠背壓力閾值和第二坐面壓力閾值，主控制器向輔助模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，當(dāng)靠背壓力數(shù)值和坐面壓力數(shù)值中的一個(gè)小于預(yù)設(shè)的第二靠背壓力閾值或坐面壓力閾值時(shí)，控制器向輔助模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)向輪椅驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出減速的指令，降低電動(dòng)輪椅驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以降低輪椅的行進(jìn)速度。所述第一靠背壓力閾值大于第二靠背壓力閾值；第一坐面壓力閾值大于第二坐面壓力閾值。

輔助模塊，包括語(yǔ)音合成模塊、oled顯示模塊、按鍵操作模塊和rtc電池模塊、計(jì)數(shù)器。主控制器向輔助模塊發(fā)出的上述信號(hào)為報(bào)警信號(hào)，當(dāng)接收到所述使用輪椅時(shí)坐姿不正確或坐姿發(fā)生偏移的報(bào)警信號(hào)后，語(yǔ)音合成模塊發(fā)出報(bào)警語(yǔ)音提示“請(qǐng)乘坐者坐穩(wěn)”，以提醒輪椅使用者。系統(tǒng)開(kāi)啟后，語(yǔ)音合成模塊啟動(dòng)，oled顯示屏進(jìn)入開(kāi)機(jī)畫(huà)面，語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提示，如“歡迎使用電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)”。當(dāng)傳感器模塊的超聲波探頭檢測(cè)到電動(dòng)輪椅前方有障礙物時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提示，如“前方危險(xiǎn)，請(qǐng)減速”。當(dāng)超聲波探頭檢測(cè)出路況有變化時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提示，如“請(qǐng)注意路面情況”。當(dāng)電源管理模塊檢測(cè)到電池電壓低于設(shè)定電壓閾值時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提示，如“電量低，請(qǐng)返回充電”。本發(fā)明中主控制器可以根據(jù)檢測(cè)得到的電源電壓值通過(guò)查表的方式得出相對(duì)應(yīng)的電量：比如說(shuō)，24v以上的電壓——滿電量，23.5v電壓——80％電量，23v電壓——60％電量，22.5v電壓——40％電量，22v電壓——20％電量。因此主控制器根據(jù)檢測(cè)到電源電壓值通過(guò)查詢預(yù)設(shè)的電壓-電量對(duì)照表即可判斷電源電量是否低于預(yù)定閾值，如果低于預(yù)定閾值主控制器控制顯示器顯示電源電量低的提示同時(shí)還可以控制語(yǔ)音模塊發(fā)出電源電量低的語(yǔ)音提示。

按鍵操作模塊，包括一個(gè)電源開(kāi)關(guān)按鍵、一個(gè)鳴笛按鍵、一個(gè)速度增加按鍵、一個(gè)速度減小按鍵、三個(gè)設(shè)置時(shí)間按鍵。電源開(kāi)關(guān)按鍵用于開(kāi)啟和關(guān)閉系統(tǒng)；鳴笛按鍵用于提醒前方行人注意；速度增加按鍵用于增加輪椅運(yùn)行速度；速度減小按鍵用于減小輪椅運(yùn)行速度；三個(gè)時(shí)間按鍵依次為：按鍵1(s1):年月日時(shí)分秒模式選擇按鍵；按鍵2(s2):加1按鍵；按鍵3(s3)：減1按鍵，用于調(diào)整系統(tǒng)的顯示時(shí)間。按鍵操作模塊還包括輪椅移動(dòng)操作裝置，可選擇的是設(shè)置在輪椅扶手上的操作桿，使用者向前、后、左、右操作該操作桿，則代表使用者希望輪椅向前、后、左、右移動(dòng)，相應(yīng)的操作信號(hào)發(fā)送給主控制器。主控制器接收到該操作信號(hào)后，向驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)送相應(yīng)的操作命令，驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)，當(dāng)接收到前、后的操作命令后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)與之相連的變速器變速后，驅(qū)動(dòng)輪椅向前或向后移動(dòng)；當(dāng)接收到左、右轉(zhuǎn)向的操作命令后，轉(zhuǎn)向電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)與之相連的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)輪椅左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)。主控制器接收到加速按鍵或減速按鍵的信號(hào)后，就發(fā)送控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)裝置，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)或減速旋轉(zhuǎn)。rct電池模塊，優(yōu)選的是包括一個(gè)紐扣電池，用于作為主控制器的備份電源，這樣在系統(tǒng)電源掉電的情況下rtc電池模塊仍然能夠正常運(yùn)行，保證顯示時(shí)間的準(zhǔn)確。

電源管理模塊包括24v電源(例如24v可充電鋰電池)、電壓轉(zhuǎn)換電路和電池電壓檢測(cè)電路，24v電源直接向電動(dòng)輪椅的驅(qū)動(dòng)裝置中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)供電；電源轉(zhuǎn)換模塊用于將24v電源電壓轉(zhuǎn)換為用于主控制器正常工作需要的5v電壓，轉(zhuǎn)換為用于傳感器模塊、按鍵模塊、語(yǔ)音合成模塊和oled顯示模塊正常工作需要的3.3v電壓；電池電量檢測(cè)電路用于對(duì)電源電量進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)時(shí)將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給主控制器，主控制器將接收到的電量數(shù)值與預(yù)定的電量閾值比較，當(dāng)前者低于后者時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音提示，如“電池電量過(guò)低，請(qǐng)返回”。

圖3為電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)換電路包括降壓芯片lm2576hv、雙極性線性三端穩(wěn)壓集成電路l7805、電壓調(diào)節(jié)器lm1117-3.3、二極管10a04、肖特基二極管ss34、50v220μf電解電容、16v220μf電解電容、10a保險(xiǎn)管、0.1μf電容、1μf電容、10μf電容和100μh電感。降壓芯片lm2576hv的1腳為電壓輸入端，接24v電源電壓，24v電源電壓先接熔斷器再接整流二極管10a04正極，二極管負(fù)極接lm2576hv的1腳，實(shí)現(xiàn)24v電壓的輸入，二極管負(fù)極輸出通過(guò)50v、220μf電解電容濾波再接入lm2576hv的1腳；3腳為接地端，接地；5腳為片選端，低電平有效，接地；2腳為電壓輸出端，接肖特基二極管ss34穩(wěn)壓和續(xù)流，2腳輸出電壓為12v，2腳與肖特基二極管ss34的節(jié)點(diǎn)之后接100μh儲(chǔ)能電感，電感另一端接16v220μf電解電容，電解電容另一端接地，該電解電容用于濾波；4腳接到電感與電解電容連接端，作為反饋輸入。雙極性線性集成電路l7805輸入端接12v電壓，連接方式為：12v電壓輸出先端連接0.1μf電容的一端，該電容另一端接地，實(shí)現(xiàn)去耦，再連接10μf電容一端，該電容另一端接地，實(shí)現(xiàn)濾波(以上兩電容使電路里的交流成份和干擾脈沖對(duì)地短路回流，以減小對(duì)電路工作的影響)，輸出端用0.1μf和1μf電容分別濾波，產(chǎn)生穩(wěn)定的5v電壓。lm1117-3.3輸入端接5v輸入，用0.1μf電容濾波，輸出端用0.1μf電容濾波，產(chǎn)生穩(wěn)定的3.3v電壓。

如圖4所示，電源電壓檢測(cè)電路包括22k歐姆采樣電阻r7、1k歐姆采樣電阻r9和0.1μf濾波電容。22k歐姆電阻r7一端接24v電池電壓，另一端接主控制器相應(yīng)的ad采樣管腳和1k歐姆電阻r9，1k歐姆電阻另一端接地，0.1μf電容接在主控制器相應(yīng)的ad采樣管腳和地之間，用于濾波。從采樣點(diǎn)vbat進(jìn)行電壓采樣。

oled顯示模塊用于顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息，顯示障礙物距離，顯示路況信息(臺(tái)階和坡度)，顯示電池電量，顯示輪椅行走的距離和輪椅剩余行走距離。輪椅行走距離按如下方式確定：計(jì)數(shù)器安裝在輪椅輪軸上，輪椅輪子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，計(jì)數(shù)器向主控制器發(fā)送一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)，主控制器累加該計(jì)數(shù)信號(hào)，并將累加值與輪椅輪子周長(zhǎng)相乘，得到的數(shù)值即為輪椅的行走距離，主控制器實(shí)時(shí)將該距離顯示在oled顯示模塊上。主控制器中預(yù)先設(shè)置有電池電量與可行走距離的對(duì)照表，主控制器根電源電壓檢測(cè)電路檢測(cè)出的電源電壓信息，與該對(duì)照表進(jìn)行比較，得到該電源電量所對(duì)應(yīng)的的可行走距離，并將電池電量以及該可行走距離顯示在oled顯示模塊上。

傳感器模塊還包括路況傳感器模塊，用于探測(cè)路況。該路況傳感器模塊可以是超聲波探測(cè)器，如圖2所示，電動(dòng)輪椅啟動(dòng)及避障系統(tǒng)的路況傳感器模塊包括第一超聲波探測(cè)器1和第二超聲波探測(cè)器2，其中第一超聲波探測(cè)器1安裝在輪椅正前方腳踏板上低于座位板的高度，以低于座位板高度10cm為宜，第二超聲波探測(cè)器2安裝在輪椅腳踏板前側(cè)下方，低于第一超聲波探測(cè)器1，以低于第一超聲波探測(cè)器1的安裝位置20cm為宜，系統(tǒng)開(kāi)啟后，路況傳感器模塊的第一超聲波探測(cè)器1和第二超聲波探測(cè)器2的探頭發(fā)送和接收信號(hào)，初步識(shí)別環(huán)境路況。其中，第一超聲波探測(cè)器1主要檢測(cè)輪椅前方的障礙物情況，第二超聲波探測(cè)器2主要檢測(cè)地面的路況信息，兩個(gè)超聲波探測(cè)器均將探測(cè)信號(hào)發(fā)送給主控制器。

如圖5所示，超聲波傳感器數(shù)據(jù)讀入濾波流程如下：超聲波探測(cè)器每隔一個(gè)固定周期向外發(fā)送和接收信號(hào)，設(shè)定第一個(gè)周期內(nèi)采集的數(shù)值為參考數(shù)值。參考數(shù)值的取得方法是，超聲波探測(cè)器在第一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)采集n個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)(n為大于1的整數(shù))，并發(fā)送給主控制器，主控制器把這n個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)降序排列，將第一個(gè)信號(hào)與第二個(gè)信號(hào)比較，如果二者差值較大，如差值超過(guò)第一個(gè)信號(hào)值的20％，則將第一個(gè)信號(hào)與第三個(gè)信號(hào)比較，如果二者差值較小，如差值不超過(guò)第一個(gè)信號(hào)值的20％，則將二者取均值后的值作為參考值，將該參考值與下一個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，如果二者差值較大，用該參考值繼續(xù)與再下一信號(hào)比較，如果插值較小，將該參考值和該比較的下一信號(hào)取均值后作為參考值，重復(fù)以上的比較步驟，直到比較完最后一個(gè)信號(hào)，將最終得到的參考值作為該周期的信號(hào)參考值。如果全部比較完差值都較大，則將該周期所有數(shù)據(jù)舍棄。后一周期采集的也是n個(gè)數(shù)據(jù)，其參考值確定方式是先將前一周期確定的參考值與后一周期第一信號(hào)比較，確定參考值的方式與上面描述的類似。通過(guò)該流程，能夠?yàn)V除干擾項(xiàng)，確定有用的數(shù)據(jù)-參考值。

主控制器將相鄰采樣周期的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第一超聲波探測(cè)器1的探頭返回的參考數(shù)值的變化量大于預(yù)定的變化量閾值時(shí)時(shí)，主控制器認(rèn)為前方有疑似障礙物，進(jìn)入障礙物檢測(cè)狀態(tài)，第一超聲波探測(cè)器1發(fā)射超聲的最遠(yuǎn)距離是5米，即在5米范圍內(nèi)能接收物體反射回來(lái)的超聲，超過(guò)5米則接收不到超聲波，此時(shí)認(rèn)為輪椅前方?jīng)]有障礙物。系統(tǒng)接收到的反射回來(lái)的超聲波信號(hào)強(qiáng)度與障礙物遠(yuǎn)近有關(guān)，因此可以用采樣周期中的參考值大小衡量距離障礙物的遠(yuǎn)近，可以在控制器中預(yù)置不同參考值與障礙物距離的對(duì)照表。當(dāng)障礙物反射超聲波，主控制器將采樣周期內(nèi)得到的參考值與預(yù)設(shè)的參考值閾值進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到該域值，主控制器控制發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制語(yǔ)音模塊發(fā)出如“前方有障礙物”的語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)和/或主控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)降低轉(zhuǎn)速，以降低輪椅行進(jìn)速度。

同樣的，主控制器將相鄰采樣周期的參考值進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二超聲波探測(cè)器2的探頭返回的參考數(shù)值的變化量大于預(yù)定的變化量閾值時(shí)，主控制器認(rèn)為路況有變化，控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)。主要原理是：設(shè)第二超聲波探測(cè)器2距離平地地面距離為h，預(yù)先采集并設(shè)置輪椅處于平面時(shí)接收的參考值，在實(shí)際路況中第二超聲波探測(cè)器2距離地面高度為h，在平地時(shí)第二超聲波探測(cè)器2接收的采樣周期的數(shù)值為參考值c，那么h等于實(shí)際路況中接收的采樣周期的參考數(shù)值d與輪椅處于平面時(shí)接收的參考值c的比值乘以h。預(yù)設(shè)一個(gè)下臺(tái)階高度報(bào)警閾值，當(dāng)連續(xù)5個(gè)采樣周期計(jì)算h大于下臺(tái)階高度報(bào)警閾值，則判定輪椅即將進(jìn)入下臺(tái)階區(qū)域，控制器發(fā)送報(bào)警信號(hào)，控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，提示有臺(tái)階危險(xiǎn)，輪椅必須停止。

本系統(tǒng)還能夠?qū)喴嗡幤露冗M(jìn)行檢測(cè)識(shí)別。坡度檢測(cè)是由坡度傳感器完成的，坡度傳感器可以是二自由度傳感器，如陀螺儀，安裝在輪椅主框架內(nèi)，相對(duì)于輪椅重心垂直軸平行,在輪椅前傾和后傾兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，將測(cè)得的輪椅重心垂線的變化量實(shí)時(shí)傳輸給主控制器。當(dāng)輪椅在平地時(shí)，二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為0，當(dāng)輪椅上下坡時(shí)，二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值有變化，上坡數(shù)值為正數(shù)、下坡數(shù)值為負(fù)數(shù)，系統(tǒng)預(yù)設(shè)坡度最大閾值。當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為正數(shù)，主控制器判斷輪椅在上坡，控制語(yǔ)音模塊提示上坡；當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值為負(fù)數(shù)，主控制器判斷輪椅在下坡，控制語(yǔ)音模塊提示上坡。主控制器實(shí)時(shí)將二自由度傳感器檢測(cè)的輪椅重心垂線的數(shù)值的絕對(duì)值與預(yù)設(shè)的坡度最大閾值進(jìn)行比較，當(dāng)二自由度傳感器測(cè)量輪椅重心垂線的數(shù)值的絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)坡度最大閾值時(shí)，主控制器控制語(yǔ)音模塊發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警信號(hào)，提示坡度危險(xiǎn)，輪椅必須停止。主控制器接收到負(fù)值時(shí)判斷輪椅處于下坡，此時(shí)主控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)，降低輪椅轉(zhuǎn)速，提高安全性；主控制器接收到正值時(shí)判斷輪椅處于上坡，此時(shí)主控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速轉(zhuǎn)動(dòng)，提高輪椅轉(zhuǎn)速，利于爬坡。

如圖6所示，主控制器還可以采用如下方式計(jì)算輪椅所處坡度：

計(jì)算坡度公式：其中設(shè)坡度為i，l為第二超聲波探測(cè)器2距離地面的距離，cn為第二超聲波探測(cè)器2的第n個(gè)周期采集參考數(shù)值，cn+1為第二超聲波探測(cè)器2的第n+1個(gè)周期采集參考數(shù)值，s為輪椅速度，tn為一個(gè)采集周期。

第二超聲波探測(cè)器2在采集第n個(gè)周期參考數(shù)值時(shí)距離地面認(rèn)為還是l，在采集第n+1個(gè)周期參考數(shù)值時(shí)距離地面距離為則為高程差，s·tn為水平差。

以上，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。