基于單片機的智能玩具電動車設(shè)計研究

摘 要：本文基于對智能玩具電動車設(shè)計的研究，發(fā)現(xiàn)單片機作為智能玩具電動車的核心控制器，有利于玩具智能化水平的提高。

關(guān)鍵詞：單片機；智能；玩具電動車

智能玩具對兒童智力開發(fā)有很好的作用，因此受到了廣大家長的喜愛。中國作為世界上玩具第一生產(chǎn)大國，電子智能玩具具有很好的市場前景。單片機作為智能玩具電動車的控制核心，可以提高玩具的智能化水平。

一、技術(shù)介紹

單片微型計算機（Single Clip Microcomputer）簡稱單片機。將中央處理器、只讀存儲器、定時/計數(shù)器、輸入輸出接口電路等擁有不同功能的部件集成在一個芯片上，便可構(gòu)成一個完整的微型計算機。現(xiàn)如今，更新型、更高能的單片機相繼出現(xiàn)，并可以實現(xiàn)不同操作要求。單片機具有運算速度快、存儲容量大、運算能力強等優(yōu)勢，類型有通用型和專用型，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防軍事、科研、教育以及日常生活的各個領(lǐng)域，成為其智能化工具，推動了各行業(yè)技術(shù)改造，有利于產(chǎn)品不斷創(chuàng)新。

智能玩具電動車控制系統(tǒng)屬于一個綜合系統(tǒng)，包含了計算機控制技術(shù)、傳感技術(shù)、機械工程和人工智能等多方面的技術(shù)。控制方式有單片機控制方式、光學(xué)傳感器控制方式、語音控制方式等。其功能包括對外界環(huán)境感知、動態(tài)決策和規(guī)劃、行為控制和執(zhí)行等。

二、智能玩具電動車的工作原理

智能玩具電動車以單片機為核心控制芯片，單片機、循跡、電機驅(qū)動、電源以及傳感器避障等部件作為硬件電路。智能玩具電動車設(shè)計多采用后驅(qū)動方式，兩個后輪分別各由一個電機控制，前輪是一個萬向輪，用來保持平衡。當(dāng)調(diào)整驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動方向時，就能夠控制玩具電動車的轉(zhuǎn)向。玩具電動車底盤兩側(cè)分別安裝兩個紅外傳感器，當(dāng)電動車其中一側(cè)的傳感器檢測到黑線時，此側(cè)電機受到單片機控制芯片控制停止供電，并且電動車向此側(cè)修正。玩具電動車通過前端三個紅外傳感器探測前方是否有障礙物，單片機將檢測到的信息進(jìn)行分析和判斷，從而自動規(guī)避障礙物。將二極管和語音播報功能加入到智能玩具電動車設(shè)計中，就可以將電動車的行駛狀態(tài)等信息以語音、發(fā)光的形式表現(xiàn)出來，實現(xiàn)玩具電動車的智能化控制。

三、智能玩具電動車的系統(tǒng)設(shè)計

1.硬件系統(tǒng)設(shè)計

（1）單片機部分設(shè)計。智能玩具電動車采用單片機作為主要控制器。單片機由于具有處理效率高、抗干擾能力強、使用溫度范圍廣、體積小、功率低、控制功能強、外部總線豐富等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于智能電子產(chǎn)品當(dāng)中。現(xiàn)在市場上單片機種類豐富、功能各異，因此，要根據(jù)產(chǎn)品的實際系統(tǒng)情況，選擇適合的單片機型號。智能玩具電動車多采用STC89C51單片機，這款單片機適合多控制的復(fù)雜電子產(chǎn)品使用。

（2）循跡部分設(shè)計。循跡部分包含4個紅外傳感器，主要安裝在智能玩具電動車的底盤。當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到前方物體時，輸出的電壓根據(jù)不同的物體發(fā)出相應(yīng)的改變，并經(jīng)過LM32比較采集高低電平，進(jìn)行信號檢測，單片機獲得相關(guān)的路面信息，改變控制命令，使電動車作出合適動作，實現(xiàn)循跡功能。

（3）傳感器避障部分。傳感器避障有兩種技術(shù)：一種是超聲波避障，在一定范圍內(nèi)，超聲波會進(jìn)行多次反射，傳感器之間容易相互干擾，導(dǎo)致對障礙物方向判斷失誤；另一種是紅外線避障，與超聲波避障相比，傳感器之間不會相互干擾，遇到近距離的障礙物反應(yīng)速度靈敏，不會發(fā)生誤判情況。因此，紅外線避障和超聲波避障相比，智能玩具電動車傳感器避障設(shè)計多選擇后者。傳感器避障設(shè)置在智能玩具電動車前后兩端，共6個紅外傳感器，工作原理與循跡相同，采用反射式接收。

（4）電機部分。在電動車兩個后輪旁分別安置一個直流電機，并使用同一個控制端。控制端有4個通道邏輯驅(qū)動電路，通過單片機的I/O輸入改變控制端的電平，可以控制電動車向前、后、左、右四個方向行駛，避開障礙物。

（5）電源部分。電源是整個智能電子玩具電動車設(shè)計的重要部分。電源為電動車正常使用提供電能，一般采用電池串聯(lián)供電的方式，有利于保持電壓的穩(wěn)定性。智能玩具電動車系統(tǒng)各個部分所需要的電壓各不相同，單片機、尋跡、傳感器避障部分所需要電壓為5V，電機部分所需電壓為12V，語音播報部分所需電壓為3.3V。

（6）語音播報部分。語音播報部分的功能是將智能玩具電動車正在發(fā)生的狀態(tài)通過語音提示的形式展現(xiàn)出來。采用一種永久記憶型語音錄放電路，主要由定時器、內(nèi)部時鐘、前置放大器、解碼器和收發(fā)器等組成，錄音時長60秒，可重復(fù)錄放數(shù)十萬次。將語音錄制完成儲存于芯片中，當(dāng)電動車發(fā)生不同的動作時，就可以播報出相應(yīng)的語音信息。

2.軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)主要是通過程序編寫對檢測信息進(jìn)行分析和處理，并作出相應(yīng)的指令，控制和改變玩具電動車的行為。各個模塊上，控制流程分別為電機流程、避障流程、循跡流程。

綜上所述，具有高科技含量的智能化玩具是我國玩具產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展項目。單片機作為智能化核心控制器，對玩具產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造以及提高玩具智能化水平有很大推動作用。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：王海（1980- ），男，吉林白城人，南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院管理信息系講師，碩士研究生。