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基于单片机的汽车电动按摩椅的设计.doc
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基于单片机的汽车电动按摩椅的设计.doc
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基于单片机的汽车电动按摩椅的设计
1 引言
1.1 本课题研究的意义
随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高, 在家庭、医院、疗养院、养
老院、办公设备自动化、交通等领域,电动座椅的应用正在迅速普及扩大,尤其是在现
在家用轿车数量急剧增长的情况下,汽车电动座椅在人们生活中的重要作用更显得尤为
突出。
电动座椅因其在俯仰、升降的调整均由电驱动系统实现,具有调节平滑,舒适度高,
便于控制,稳定性及精度大大好于机械式及液压式座椅等方面的突出特点而深受消费者
的喜爱。同时因工作需要等原因长时间进行汽车驾驶的人群也在逐渐增多,而长时间的
汽车驾驶很容易导致人的疲劳,这就为能在短时间内缓解人体疲劳,更加舒适的汽车电
动按摩椅的发展提供了广阔的市场前景。
1.2 国内外汽车电动椅研究的现状及其存在的问题
目前市场上出现的汽车电动椅大多是基于手动调节方式的机械和电动控制两种方式,
汽车座椅位置的调节主要有三个方向,即高度调节、水平位置调节以及座椅靠背倾角的
调节。当不同的驾驶者坐在同一个座椅时,由于个人的身体差异,所需要的汽车座椅的
位置各不相同,需经常调节座椅位置;而目前的大部分汽车座椅没有记忆功能,使同一
个人在不同的时间驾驶汽车时,汽车座椅的位置可能被其他成员改变,而需重新调节座椅
各个方向位置,比较繁琐。
另外座椅在汽车内安装时,由于不同汽车的内部空间不相同,座椅在各方向所能移
动的位置极限也不同;汽车电动座椅在电动机牵引下移动,而目前汽车电动座椅不能自
动测量安装的极限位置,座椅很容易在到达极限位置时仍继续运行,容易使电动机因长
时间工作在堵转状态而烧毁。
同时国内电动座椅中所用电机大多为进口,使得整椅的价格较高,阻碍了其进一步
推广;且大部分为直流有刷电动机,这使得系统的可靠性、寿命及控制的灵活性受到了
极大的限制。
高档轿车往往以舒适作为其消费理念,而目前市场的汽车电动椅大多是普通的电动
椅,按摩电动椅还未能在汽车行业中得到普及。尽管按摩电动椅在市场上的销量很好,
但是也存在一些缺点:如每次开机进行按摩, 滚轮上下移动的范围是固定的, 不能任意调
节, 用户感到不方便。
2 汽车电动按摩椅的简介及其设计方案分析
2.1 汽车电动按摩椅的简介
本文设计的汽车电动椅是一种利用 C8051F311 单片机的具有自动测量和记忆功能
的汽车电动椅,并将无刷直流电动机驱动系统用于电动座椅之中, 可以提高整椅调速的
平滑性和定位精度,提高可靠性,减少噪音,延长使用寿命。
同时将按摩的功能应用于汽车电动椅中,选用既能满足控制要求同时又能降低成本
的PIC58BS单片机。由于这种电动按摩椅的电路控制部分功能比较简单, 所以, 这种电
动按摩椅有如下特点:
1)能控制滚轮在上、下限范围内作往返运动, 当碰到上、下限时能自动换向;
2)按摩的位置与范围能任意调节与设定;
3)电机运行位置准确, 稳定可靠;
4)控制部分(包括电机) 制造成本低。
2.2 系统设计方案的分析
汽车电动椅结构原理如图 1 所示,座椅由 4 个直流电机牵引,其中高度调节电机 2
个,水平调节和靠背调节电机各 1 个,以实现八个方向的调整,即①使座椅前后水平平
行移动;②靠背可自由调节角度(最大 120°);③座椅前端上下调节;④座椅后端上下
调节。直流电动机电枢电压为 12V,电源从汽车电瓶上获得。汽车座椅自动控制系统由
内部带有非易失性数据存储器的 C8051F311 单片机、驱动模块、传动机构以及操作盘构
成。电动机的转速和座椅的位置信息由安装在电机上的霍尔传感器检测,经整形和放大
后送入单片机,构成系统的速度反馈。
汽车电动椅是在传统的汽车座椅上安装直流无刷电动机、蜗轮结构、传动轴,一起
组成传动机构,牵引座椅移动;在汽车座椅的下面垂直安装两个直流无刷电动机,以支
撑驾驶者在垂直方向做上下移动;在座椅的靠背方向安装一个直流无刷电动机,用来控
制座椅靠背的角度变化;在座椅的水平方向安装一个直流无刷电动机,用来控制汽车座
椅在水平方向前后移动。
而传动部件有蜗杆轴,蜗轮、齿轴和齿条等。调整时,蜗杆轴在电动机的驱动下,
带动蜗轮转动,从而将齿轴旋入或旋出,即座椅下降或上升。如果蜗轮又与齿条啮合,
蜗轮转动将齿条移动,即令座椅前移或后移。
操作盘上设有多个手动调节按键,通过手动调节控制直流电动机,改变传动轴的行
程和方向,从而调节汽车座椅的位置,如座椅上下位置,前后位置以及靠背的角度变化;
并设有多个存储按键,用来记忆或恢复座椅的位置信息。如图 2 所示。在控制系统上安
装有一个自学习按键,用来自动测量座椅在汽车内部所能移动极限位置,防止座椅在到
达极限位置后使电动机长时间工作在堵转状态而烧毁
[1]
。
1.高度调节电机 2.高度调节电机 3.水平调节电机 4.靠背调节机 5.霍尔传感器 6.蜗轮机构
7.传动轴 8.座垫 9.靠背 10.水平节方向 11.高度调节方向 12.靠背调
节方向
图 1 座椅结构原理图
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