一種輔助式電動滑板設計

　　摘要：隨著經濟的快速發展，全國各地的城市規模不斷擴大，但是城市的基礎服務設施還未滿足發展需要，伴隨而來的環境交通問題令人困擾。電動滑板作為動力驅動的代步工具，實現了零排放、零污染，受到了人們的廣泛喜愛。但當下流行的電動滑板單一化的操作，無法滿足人們的使用需求，因此電動滑板需要進行更多元的操作改進。如果電動滑板能夠做到更加抗沖擊、更加防撞、更加輕量化，并且其電池的容量更大且耐沖擊，那就完全可以取代傳統的滑板。因此，在充分考慮到電動滑板的強度、質量、續航和操作模式等方面，對其進行了不同程度的改進，完成了多模式智能電動滑板，以滿足未來日常生活中不同需求。

　　本文源自科技創新與應用,2020(32):48-49.《科技創新與應用》雜志是經中國新聞出版總署備案的學術期刊。主管單位：黑龍江出版集團有限公司，主辦單位：黑龍江省報刊出版有限公司、黑龍江省科學技術協會。《科技創新與應用》具有一定學術和應用價值的學術文獻和反映各學科、各領域的新成果、新工藝、新產品等方面的論述文章，為科技工作者搭建學術交流平臺。

　　自電動滑板面世以來，由于技術的限制，電動滑板無法代替市面上帶有競技性質的滑板。但是就目前的電動滑板來說，則是受到電機、電池、重量和操作的限制，使得整體的體驗不顯流暢。而多模式智能電動滑板采用高分子鋰電池提供電力支持，多觸點感應面板提升操作靈敏度，以及提供多種使用模式，充分滿足了日益多元化的使用需求。

　　1、電動滑板智能控制系統組成

　　電動滑板智能控制系統主要包括壓力感應模塊、主控制中心、電機驅動模塊、電源、電機和速度監測模塊等其他部分，具體關系如圖1所示。

　　圖1電動滑板智能控制系統

　　1.1壓力感應模塊的選擇與設計

　　壓力感應模塊主要由壓力傳感器和與主控中心連接的線路組成。傳感器是滑板的重要“觸覺神經”，是滑板與外部控制信息進行信息傳遞的重要通道，良好的傳感器可以極大的提高滑板的控制靈敏度。考慮到滑板的形狀和輕巧靈便等方面的要求，選用由高分子聚合物材料和納米導電材料制作成的壓電式柔性壓力傳感器[1]。該傳感器常用于可穿戴電子設備中，具有優異的壓電性能與出色的機械強度、彈性和可靠性。將人腳施加到滑板板面上的壓力轉化為電信號，傳輸到主控中心。傳感器固定位置如圖2所示。規定B-C方向為前進的正方向，當滑板正向行駛時，若需要向左轉彎時，兩腳同時偏向C、D處傳感器施加壓力;向右轉彎時，兩腳同時偏向A、B處傳感器施加壓力，若需要剎車時，須輕踏A、D兩處，當滑板反向行駛時，操作與正向操作相反。

　　圖2傳感器固定位置示意圖

　　圖3程序流程

　　1.2電機驅動模塊

　　在電動滑板的電機驅動模塊中最主要的是對電機的控制，即控制滑板的行駛姿態(左轉和右轉)和行駛狀態(驅動狀態和制動狀態)。考慮到電動滑板的續航和載重，采用四個功率60W的直流無刷電機(直流無刷電機具有轉矩特性優異，中、低速轉矩性能好，啟動轉矩大，啟動電流小和效率高等優點，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節電率可達20%～60%。)，采用四機驅動，以保證電動滑板行駛時的各種姿態和及時制動等各項要求。在輔助模式下為防止滑板速度突變，滑板內安裝有伺服機，以保證使用安全。

　　1.3電源

　　動力采用高分子鋰電池，相比較鋰離子電池，高分子鋰電池無電池漏液問題，電池中不含液態電解液，使用膠態的固體。其可制成薄型電池，并且電池可根據實際需求設計成各種形狀。高分子鋰電池具有很高的耐彎曲能力且容量將比同樣大小的鋰離子電池高出一倍。高分子鋰電池不含有污染的重金屬元素，更加符合保護環境的理念。

　　為了滿足電動滑板較薄的厚度要求，高分子鋰電池正好可以做成扁平狀，嵌入滑板兩端板內中下部，給電池充電時，只需要將電池的正負極與LiProBalaneeCharger的OUTPUT相接，然后設置充電時的參數，就可以給它充電了[2]。

　　1.4速度監測模塊(霍爾測速)

　　為了保障行駛安全，實時控制滑板速度，采用霍爾傳感器測速方案監測滑板當前前進速度。當滑板速度達到14km/h時，滑板速度達到安全閾值則自動減速，甚至剎車[3]。

　　2、主控制中心系統的程序流程設計

　　主控制中心采用STC89C51單片機，內置三種使用模式指令，如圖3所示。

　　輔助模式：當選擇輔助模式時，板面壓力傳感器停止工作，由控制中心和速度監測模塊共同實現程序目標。當滑板在行駛中，若因外部原因加速度發生較大改變，霍爾測速器產生的信號值則會觸發控制中心內置的安全閾值，調整電機速度，以保證電機運行狀態的穩定。

　　娛樂模式：此模式下，所有系統為斷電停止運行狀態，由外部人力作用進行行駛。

　　電動模式：當選擇電動模式時，雙腳放置在板面上，可觸發板面上的所有壓力傳感器，開啟電機，運行滑板。傳感器無中斷發生時，則運行默認行駛程序：電動滑板以約12km/h的速度前進。若至少有一處傳感器發生中斷，則觸發減速預設指令。

　　3、總結

　　本論文完成的多模式智能電動滑板，首先是提供三種使用模式可供選擇，其次是在不同的模式下提供不同的操作體驗，在實時監測速度的條件下，通過對電機進行不同要求的控制，實現了同一滑板多種操作模式的目的。與市場上銷售的電動滑板車在控制方法上有著本質區別，簡化了電動滑板的控制方法，具有很好的推廣價值。

　　參考文獻:

　　[1]于江濤,孫雷,肖瑤,等.壓阻式柔性壓力傳感器的研究進展[J].電子元件與材料,2019,38(6):1-11.

　　[2]田峰,呂宵宵,趙毅紅,等.基于電力驅動的智能化滑板設計[J].內燃機與配件,2017(6):4-6.

　　[3]李順霖,張盛陽,謝印忠.智能腳踏控制式電動滑板設計[J].日用電器,2019(09):102-105.