一种辅助式电动滑板设计

黄天伟 檀樱

摘  要：随着经济的快速发展，全国各地的城市规模不断扩大，但是城市的基础服务设施还未满足发展需要，伴随而来的环境交通问题令人困扰。电动滑板作为动力驱动的代步工具，实现了零排放、零污染，受到了人们的广泛喜爱。但当下流行的电动滑板单一化的操作，无法满足人们的使用需求，因此电动滑板需要进行更多元的操作改进。如果电动滑板能够做到更加抗冲击、更加防撞、更加轻量化，并且其电池的容量更大且耐冲击，那就完全可以取代传统的滑板。因此，在充分考虑到电动滑板的强度、质量、续航和操作模式等方面，对其进行了不同程度的改进，完成了多模式智能电动滑板，以满足未来日常生活中不同需求。

关键词：电动滑板;智能化;多种操作模式

中图分类号：U48      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）32-0048-02

Abstract： With the rapid development of economy， the scale of cities all over the country is constantly expanding， but the basic service facilities of cities have not yet met the development needs， and the accompanying environmental traffic problems are disturbing. Electric skateboard， as a walking tool driven by power， has achieved zero emission and zero pollution， and has been widely loved by people. However， the simple operation of the current popular electric skateboard cannot meet people's needs， so the electric skateboard needs to be improved in more diversified operations. If electric skateboards can be more impact resistant， collision resistant and lightweight， and their batteries are bigger and impact resistant， then they can completely replace the traditional skateboards. Therefore， in full consideration of the strength， quality， endurance and operation mode of the electric skateboard， it has been improved to varying degrees and completed the multi-mode intelligent electric skateboard to meet different needs in the future daily life.

Keywords： electric skateboards; intelligent; multiple operation mode

引言

自电动滑板面世以来，由于技术的限制，电动滑板无法代替市面上带有竞技性质的滑板。但是就目前的电动滑板来说，则是受到电机、电池、重量和操作的限制，使得整体的体验不显流畅。而多模式智能电动滑板采用高分子锂电池提供电力支持，多触点感应面板提升操作灵敏度，以及提供多种使用模式，充分满足了日益多元化的使用需求。

1 电动滑板智能控制系统组成

电动滑板智能控制系统主要包括压力感应模块、主控制中心、电机驱动模块、电源、电机和速度监测模块等其他部分，具体关系如图1所示。

1.1 压力感应模块的选择与设计

压力感应模块主要由压力传感器和与主控中心连接的线路组成。传感器是滑板的重要“触觉神经”，是滑板与外部控制信息进行信息传递的重要通道，良好的传感器可以极大的提高滑板的控制灵敏度。考虑到滑板的形状和轻巧灵便等方面的要求，选用由高分子聚合物材料和纳米导电材料制作成的压电式柔性压力传感器[1]。该传感器常用于可穿戴电子设备中，具有优异的压电性能与出色的机械强度、弹性和可靠性。将人脚施加到滑板板面上的压力转化为电信号，传输到主控中心。传感器固定位置如图2所示。规定B-C方向为前进的正方向，当滑板正向行驶时，若需要向左转弯时，两脚同时偏向C、D处传感器施加压力;向右转弯时，两脚同时偏向A、B处传感器施加压力，若需要刹车时，须轻踏A、D两处，当滑板反向行驶时，操作与正向操作相反。

1.2 电机驱动模块

在电动滑板的电机驱动模块中最主要的是对电机的控制，即控制滑板的行驶姿态（左转和右转）和行驶状态（驱动状态和制动状态）。考虑到电动滑板的续航和载重，采用四个功率60W的直流无刷电机（直流无刷电机具有转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小和效率高等优点，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，消除了多级减速耗，综合节电率可达20%～60%。），采用四机驱动，以保证电动滑板行驶时的各种姿态和及时制动等各项要求。在辅助模式下为防止滑板速度突变，滑板内安装有伺服机，以保证使用安全。

1.3 电源

动力采用高分子锂电池，相比较锂离子电池，高分子锂电池无电池漏液问题，电池中不含液态电解液，使用胶态的固体。其可制成薄型电池，并且电池可根据实际需求设计成各种形状。高分子锂电池具有很高的耐弯曲能力且容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。高分子锂电池不含有污染的重金属元素，更加符合保护环境的理念。

为了满足电动滑板较薄的厚度要求，高分子锂电池正好可以做成扁平状，嵌入滑板两端板内中下部，给电池充电时，只需要将电池的正负极与LiPro Balanee Charger的OUTPUT相接，然后设置充电时的参数，就可以给它充电了[2]。

1.4 速度监测模块（霍尔测速）

为了保障行驶安全，实时控制滑板速度，采用霍尔传感器测速方案监测滑板当前前进速度。当滑板速度达到14km/h时，滑板速度达到安全阈值则自动减速，甚至刹车[3]。

2 主控制中心系统的程序流程设计

主控制中心采用STC89C51单片机，内置三种使用模式指令，如图3所示。

辅助模式：当选择辅助模式时，板面压力传感器停止工作，由控制中心和速度监测模块共同实现程序目标。当滑板在行驶中，若因外部原因加速度发生较大改变，霍尔测速器产生的信号值则会触发控制中心内置的安全阈值，调整电机速度，以保证电机运行状态的稳定。

娱乐模式：此模式下，所有系统为断电停止运行状态，由外部人力作用进行行驶。

电动模式：当选择电动模式时，双脚放置在板面上，可触发板面上的所有压力传感器，开启电机，運行滑板。传感器无中断发生时，则运行默认行驶程序：电动滑板以约12 km/h 的速度前进。若至少有一处传感器发生中断，则触发减速预设指令。

3 总结

本论文完成的多模式智能电动滑板，首先是提供三种使用模式可供选择，其次是在不同的模式下提供不同的操作体验，在实时监测速度的条件下，通过对电机进行不同要求的控制，实现了同一滑板多种操作模式的目的。与市场上销售的电动滑板车在控制方法上有着本质区别，简化了电动滑板的控制方法，具有很好的推广价值。

参考文献：

[1]于江涛，孙雷，肖瑶，等.压阻式柔性压力传感器的研究进展[J].电子元件与材料，2019，38（6）：1-11.

[2]田峰，吕宵宵，赵毅红，等.基于电力驱动的智能化滑板设计[J].内燃机与配件，2017（6）：4-6.

[3]李顺霖，张盛阳，谢印忠.智能脚踏控制式电动滑板设计[J].日用电器，2019（09）：102-105.