基于STM32的可定位智能轮椅控制器设计

摘要

随着社会科技文明的发展，生活水平的提高，医疗设施水平的进步，人们的平均寿命得以延长，由此人口老龄化的问题也日益明显。年龄过大会导致手脚不便而丧失行动能力，这使他们需要作为康复医疗设备的轮椅的帮助去回到正常生活。普通手摇式轮椅不适合老年人和残障人士的远距离出行，所以电动智能轮椅的研发非常重要。 市场上的电动智能轮椅多以有刷直流电机作为执行器，而无刷电机相比有刷电机有效率高、使用寿命长、电磁干扰小和结构轻便等突出优点，研发以无刷直流电机为执行器的电动轮椅非常重要。电动轮椅是为了让行动不便的人远距离出行，监护人不一定能时刻跟随照顾，所以轮椅的具体位置信息对照看人来说非常重要。最好是监护人能主动获取轮椅的位置而不需要轮椅使用人的任何操作，这样监护人才能更加放心。 本文的研究内容主要如下： （1）针对智能轮椅主动轮中两个无刷直流电机设计一款控制器，能同时驱动两路电机，让智能轮椅实现基本的行驶功能。为方便以后功能的拓展，对电机的控制方法完全集成在单片机控制器里，而非直接用现成的无刷电机控制模块。控制驱动器的设计包括硬件设计制作和软件程序驱动开发，具体的电机驱动硬件电路中包含的各个模块做了详细介绍。 （2）在驱动器能驱动轮椅正常行驶的前提下，给智能轮椅控制器设计添加一个定位和通信功能，目的是让远处的监护人能通过简单的手机通讯知道轮椅使用者出行后的具体位置。本文将介绍定位和通信模块的选取，硬件电路的设计实现和定位通信驱动程序的编写过程。 （3）监护人通过手机和轮椅控制器通信获取轮椅具体位置经纬度信息，为了让监护人更加方便的获取并看到轮椅使用人的具体位置，不需要其他多余操作，本文设计了一个在 android平台上应用程序。监护人可以在应用上一键获取轮椅位置，在手机获取从轮椅控制器发过来的经纬度信息后，跳转到内嵌的地图，看到具体位置。本文会对该部分软件的编写做详细介绍。 （4）对轮椅的速度控制方法进行了研究，在一定程度上，对轮椅速度的控制就是对电机速度的控制。首先分析无刷直流电机结构和工作原理，并在此基础上建立其数学模型。在对电机速度的控制中，工业上常采用PID控制方法里的PI控制方法。本文在传统的PI控制上提出改进的模糊PI参数自整定控制方法，通过Matlab/Simulink软件仿真了其速度的跟踪性能。最后将传统的PI和模糊PI参数自整定控制方法通过C程序应用到轮椅控制器单片机里，通过轮椅行驶实验记录对比，比较两种控制方法的实际控制性能，看哪一种更适合作为轮椅速度的控制方法。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2智能轮椅功能划分

1.3智能轮椅研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 智能轮椅控制系统总体方案设计

2.1智能轮椅控制系统总体功能分析

2.2轮椅电机

2.3轮椅电机控制方法

2.4轮椅电机驱动器

2.5控制器芯片

2.6定位和通信模块

2.7监护人手机程序

2.8控制系统总体方案设计

2.9本章小结

第3章 可定位智能轮椅控制系统硬件设计

3.1控制器主控芯片电路设计

3.2控制器电源电路设计

3.3 MT17无刷直流电机控制电路设计

3.4控制器电流检测电路

3.5 SIM808定位通信模块电路

3.6本章小结

第4章 可定位智能轮椅控制系统软件设计

4.1 STM32软件开发环境概述

4.2智能轮椅控制系统程序结构设计

4.3智能轮椅电机控制部分程序实现

4.4 SIM808定位通信程序实现

4.5监护人手机获取轮椅位置与地图显示程序实现

4.6本章小结

第5章 智能轮椅的速度控制算法研究

5.1 PID控制方法

5.2模糊PID控制方法

5.3无刷直流电机速度控制的Matlab/Simulink仿真

5.4智能轮椅速度控制实验

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A SIM808定位关键程序

附录B 模糊PI控制dkp和dki求算的C程序

附录C 轮椅实验存储器数据