具備學(xué)習(xí)功能的電動(dòng)按摩椅控制系統(tǒng)的研制
吳永明，羅海據(jù)
(廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，廣州510090)
摘要：為了提高電動(dòng)按摩椅的操作便利性和安全性，研究了按摩椅控制系統(tǒng)。在硬件上采用互鎖電路，保證了電路系統(tǒng)的安全性；在軟件上實(shí)現(xiàn)了按響應(yīng)時(shí)間分類的電機(jī)控制系統(tǒng)，提供自動(dòng)按摩和個(gè)性化按摩等模式，并通過(guò)保存和復(fù)原用戶設(shè)定的個(gè)性化按摩模式，實(shí)現(xiàn)按摩椅的學(xué)習(xí)功能。利用Petri網(wǎng)對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析，以保證所要實(shí)現(xiàn)的功能之間沒有死鎖和沖突。該控制系統(tǒng)已經(jīng)用于上市的產(chǎn)品中，獲得了用戶的好評(píng)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)按摩椅；控制系統(tǒng)；學(xué)習(xí)功能；Petri網(wǎng)
中國(guó)分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—7018(2008)04—0038—04
0引言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，電動(dòng)按摩椅越來(lái)越受到大眾的歡迎。目前，在電動(dòng)按摩椅市場(chǎng)上，進(jìn)口、合資以及國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品并存。相對(duì)而言，進(jìn)口產(chǎn)品功能強(qiáng)大、按摩方式豐富、外觀優(yōu)美，但同時(shí)其價(jià)格也非常昂貴。而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品功能較簡(jiǎn)單，產(chǎn)品知名度也相對(duì)較低，但是其價(jià)格比較低廉。
為了提高電動(dòng)按摩椅在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，本文研究出一套自主研發(fā)的中檔電動(dòng)按摩椅的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能完成一般電動(dòng)按摩椅的自動(dòng)按摩模式和定點(diǎn)按摩模式，并增加學(xué)習(xí)功能以實(shí)現(xiàn)和保存用戶個(gè)性化自動(dòng)按摩模式。
本文先介紹學(xué)習(xí)功能的概念，再論述控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，然后再結(jié)合硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)介紹學(xué)習(xí)功能的實(shí)現(xiàn)。
1學(xué)習(xí)功能說(shuō)明
按摩椅的自動(dòng)按摩模式實(shí)際上是按時(shí)間順序?qū)θ嗄�、捶打、推拿這三個(gè)電動(dòng)機(jī)模塊接口的設(shè)置集合，它固化在程序里，用戶不能改變它們；定點(diǎn)按摩模式是用戶按自己的意愿選擇按摩手法。
由于每個(gè)人的生理特點(diǎn)，如身體結(jié)構(gòu)、身高體重等是不一樣的，對(duì)于按摩手法、力度等的感受就不一樣，自動(dòng)按摩模式很難滿足所有用戶的需要。而定點(diǎn)按摩模式要求用戶每次都要選擇按摩手法，略顯麻煩。如果按摩椅能夠“學(xué)習(xí)”用戶的按摩手法，形成一套個(gè)性化的按摩流程并保存下來(lái)，提供給用戶在以后使用，既有自動(dòng)按摩模式的方便又有定點(diǎn)按摩模式的舒服，無(wú)疑會(huì)提高用戶的滿意度，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)功能的技術(shù)路線是：在用戶選擇個(gè)性化自動(dòng)按摩功能設(shè)定時(shí)，系統(tǒng)按時(shí)間順序依次將用戶的按鍵消息保存下來(lái)；當(dāng)用戶選擇個(gè)性化自動(dòng)按摩模式進(jìn)行按摩時(shí)，系統(tǒng)按時(shí)間順序依次模擬發(fā)射這些消息，復(fù)原這些操作和控制。其中系統(tǒng)還增加了對(duì)這些消息的刪除、調(diào)整等功能，提高操作界面的友好性。
2硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2．1硬件系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)主要包括了Mcu、電源模塊、I2c接口的E2PROM、液晶屏、無(wú)線遙控模塊、鍵盤輸入手控板、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等。Mcu采用PIC16F77單片機(jī)，這種單片機(jī)具有成本低、功能豐富、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)而廣泛用于電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。E2PROM用來(lái)保存用戶輸入的信息，并且PICl6F74單片機(jī)內(nèi)部集成了I2c和SPI電路，接口方便。
直流電動(dòng)機(jī)由MOsFET管構(gòu)成橋式電路驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。而MOsFET采用IR2110來(lái)驅(qū)動(dòng)，該電路成熟穩(wěn)定[2]，應(yīng)用在本產(chǎn)品上比較合適，如圖1所示。
2．2硬件系統(tǒng)的工作原理
控制系統(tǒng)首先完成硬件軟件的初始化，然后掃描鍵盤的輸入，根據(jù)鍵碼設(shè)定的模塊接口，完成各種功能。軟件設(shè)定了各個(gè)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)15 min，即使用戶忘記關(guān)閉按摩椅，系統(tǒng)也能將按摩椅關(guān)閉以保安全。
直流電動(dòng)機(jī)用PWM進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。用單片機(jī)的一個(gè)時(shí)間定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)單位脈寬，然后用多個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)這個(gè)脈寬進(jìn)行計(jì)數(shù)，分別產(chǎn)生多個(gè)PWM驅(qū)動(dòng)多個(gè)電動(dòng)機(jī)。通過(guò)改變計(jì)數(shù)器的范圍而改變PWM的脈寬，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。由圖1可知，脈沖從LEFT輸入時(shí)，Q2和Q3截止，Q1和Q4導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；脈沖從RIGt佃輸入時(shí)，Ql和Q4截止，Q2和Q3導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。
2．3硬件系統(tǒng)的安全措施
在驅(qū)動(dòng)大功率直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，器件的安全性很重要，對(duì)于IR2110驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)措施，很多文獻(xiàn)已經(jīng) |
