智能玩具车的设计与实现
遇障能自动调向行驶的玩具车设计
Vmax= R2*W0(2-17)
式中WO——纯滚动阶段刚开始时车轮的角速度其大小为：
W0=sl*tl(2-18)
纯滚动阶段走过的路程为：
s2=R2屮(2-19)
至此可以得到玩具车经一次加速后所能走过的路程s：
s=si+s2(2 - 20)
式中f——车轮与接触面之间的滑动摩擦力系数。
对主动轮中心o2取矩有:
式中5——车轮与接触面之间的滚动摩擦系数
Mf2——惯性机芯及后车轮轴各转动部分的摩擦阻力矩。
Mf2可以按照冲量矩定理求得:
式中T ——后轮与惯性机芯从某一转速（时max）变为零所需要的时间：wrmax——测量阻力矩时后轮与惯性机芯所达到的初始转速。
第二章系统设计-5-
2.1玩具车惯性机芯各参数之间关系的理论推导-5-
2.1.1玩具车的运动过程-5-
2.1.2玩具车运行过程的数学模型-6-
2.2理论推导的应用-8-
2.2.1儿个结论-8-
2.2.2具体的工程应用-9-
2.3本设计的创新之处-9-
第三章结构设计-10-
3・1总体方案设计-10-
3.2基于Pro/E的玩具车传动部分各个零件的设计-12-
摘要
随着计算机、微电子、信息技术的发展，智能化技术的开发速度越来越快， 智能度越变越高，应用范围也得到了很大的扩展。智能设备作为现代的新发明， 是以后的发展宏观方向，它可以按照预先设定的模式在一个环境里能够自动的运 作，不需要人为的管理，可应用于科学勘探等重要用途。智能电动小车就是其中 的一个细小体现。设计者可以通过软件编程实现它的行进、循迹、停止的精确控 制以及检测数据的存储、显示，无需人工干预。虽然智能玩具汽车越来越受小孩 子以及大人的喜爱，但我们传统的玩具车依然也很受迎。鉴于此，本次课题将围 绕如何在小车遇到障碍物调向这方面进行研究继而达到在传统玩具车的基础上 增加其功能的U的。本设计通过遇障碍能自动调向玩具车在遇到障碍物时两个驱 动轮5将打滑，使行星架回转，即改变了玩具车的前进方向，若该方向没有障碍 物，玩具车即沿该方向前进。本装置放在玩具车的前部，玩具车的前轮实际上是 悬空的，并不着地，而后轮虽然着地，却是随动的。由于该轮系为具有两个自曲 度的差动轮系，故玩具车的运动将受最小阻力定律的支配。因此此玩具车在遇到 障碍物时能很好的调向。简单，较容易实现。
无线遥控玩具小车设计与制作
“发明杯”大学生创新大赛作品题目: 无线遥控玩具小车设计与制作目录摘要 (1)引言 (3)1 方案设计与论证 (4)1.1 直流调速系统 (4)1.2 防碰撞系统 (5)1.3 显示系统 (5)2 硬件设计 (5)2.1 小车系统框图 (5)2.2 单片机最小系统设计 (6)2.3 电机驱动电路设计 (7)2.4 遥控发射接收电路设计 (9)2.4.1 无线发送电路 (10)2.4.2 无线接收电路 (11)2.5 检测系统设计 (11)2.5.1 速度检测设计 (11)2.5.2 防跌落系统设计 (12)2.5.3 防碰撞系统设计 (13)2.6 显示电路设计 (13)2.7 单片机I/O口的分配 (14)2.8 电源设计 (14)2.9 小车车体设计 (14)3 软件设计 (15)3.1 主程序设计 (15)3.2 PWM子程序设计 (17)3.3 遥控子程序 (18)3.4 防跌落、碰撞子程序 (20)3.5 显示子程序 (21)4 结果分析及结论 (22)5 谢辞 (23)6 参考文献 (23)附件1 程序清单 (24)附件2 硬件电路图 (33)附件3 电路PCB图 (34)无线遥控玩具小车设计与制作摘要:80C51单片机是一款八位单片机，他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评,该课题的基本思想是设计一台能够遥控行走并自动回退防止跌落的机器小车。
遥控接收端以80C51 单片机为控制核心,其中数据的发射和接收部分通过无线通讯模块完成。
可通过发射端来控制小车的直流电机实现无极调速, 遥控小车进行转向, 并能在液晶上显示出小车的实时速度值。
小车还能自动检测落差较大的落差，遇到楼梯等低处会自动回避，以防止小车由高处摔落。
关键词:80C51单片机、PWM调速、遥控小车引言在我国，单片机已不是一个陌生的名词，它的出现是近代计算机技术的里程碑事件，因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。
毕业设计(论文)-智能玩具车系统设计[管理资料]
![毕业设计(论文)-智能玩具车系统设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/c985892aa58da0116d17499f.png)
智能玩具车系统设计摘要：本文主要以单片机为控制核心，完成无线遥控，红外线对管的自动寻迹，红外线自动避障和语音控制等模块设计。
通过调试检测各模块，得到正确的信号输出，通过单片机的控制，将各模块有效整合在一起，达到智能控制目标。
关键词：51单片机红外线传感器语音控制玩具小车。
1引言随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。
全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。
可见其研究意义很大。
本文设计的智能玩具小车应该能够实时显示时间、速度、测距、避障功能、准确定位停车。
根据题目的要求，本设计的设计思路如下：在现有玩具车的基础上，加装光电、红外线、超声波传感器及金属探测器，实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制。
2总体方案设计：采用AT89C51单片机作为整机的控制单元以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，运用光电传感器、金属探测传感器、超声波传感器组成不同的检测电路，实现小车在行驶中自动寻迹、障碍物报警、测量里程等问题。
并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。
在本系统中，先将信号传送到单片机系统进行处理，使小车沿轨道自主行走；电感式接近开关电路代替传感器探测障碍物，并发出声光信息进行提示；通过霍尔元件测量小车行驶里程；采用H型脉冲宽度调制（PWM）全桥式驱动电路控制电机的转向，实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯；采用LCD1602实时显示小车行驶的时间。
此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能，能满足系统的要求。
此方案如图1所示：图1方案一原理图方案二：采用类数字电路来组成电动小车的控制系统采用数字电路对外围探测轨迹信号，检测信号，避障报警信号，寻找源信号分部进行处理。
语音控制的智能小车设计方案
语音控制的智能小车设计方案根据美国玩具协会的调查统计，近年来全世界玩具销量增幅与全世界平均GDP增幅大致相当而全世界玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上美国玩具市场的高科技电子玩具的年销售额2004年较2003年增长52％，而传统玩具的年销售额仅增长3％英国玩具零售商协会选出的2001年圣诞最受欢迎的十大玩具中，有七款玩具配有电子元件从这些数字可以看出，高科技含量的电子互动式玩具已经成为玩具行业发展的主流本文设计一个具有语音识别功能的智能遥控小车该小车对传统的手动遥控小车的机械部分做了改进使之可以实现任意角度转向和以任意速度前进而不象一般的小车那样只能以固定角度转向和以固定速度前进因此更加接近真实的车辆本文还在小车的控制系统中采用语音识别系统，使控制者可以用语音对小车进行控制，产生相应的动作，而且小车和控制者还具有一定的交互功能1 智能小车总体结构框图智能小车主要由转向机构、驱动机构、转向控制模块、驱动控制模块、遥控模块和语音控制模块六大部分组成，如图1所示2 机械本体结构及工作原理小车为轮式结构，如图2所示机械部分分为转向机构(图中椭圆内的部分)和驱动机构(图中椭圆外部分)转向机构主要由转向电机、转向架和两个前轮组成驱动机构采用玩具小车常用的双电机驱动方案，包括两个减速电机和两个后轮转向机构工作原理为：转向时由控制者向小车发出转向信号，转向电机根据转向信号正向或反向旋转一定角度，电机通过齿轮、齿条系统带动转向架摆动一定角度，最终带动与转向架固定在一起的前轮偏摆一定角度小车在转向时由于内、外侧的车轮的转弯半径不同，所以内外侧车轮的转速也不相同前轮为从动轮，会根据转弯角度的大小自动调节内、外侧车轮的转速；而后轮为主动轮，其转速分别由两个电机独立驱动，不会根据转弯半径自动调节转速因此小车转弯时，控制系统在控制转向电机的同时还需要根据转向角度的大小向两个驱动电机发出控制信号，调节两个驱动电机的转速使之产生特定的转速比，从而使转弯顺利进行在这里，转弯的角度、转速比与小车的尺寸及转弯半径有关3 控制系统控制系统包括两大部分，一部分位于遥控器内，用于识别控制者的命令并将响应的控制信号发送出去；一部分位于小车上，用于接收遥控器发出的控制信号，并根据控制信号控制转向机构和驱动机构，使小车实现预期的动作3.1 遥控器遥控器主要由语音识别模块和无线发送模块(编码芯片、射频发送模块)组成，如图3所示遥控器的工作原理为：控制者通过麦克风发出控制命令，该命令经过语音识别模块识别后，根据控制信号的类型产生一个8位的控制码，语音识别模块通过其P1端口将控制码输出至无线发送模块，然后语音识别模块发出控制信号，控制无线发送模块将该控制码以无线电波形式发送出去，车载控制部分接收到后便控制小车产生预期的动作3.1.1 语音控制模块语音控制模块主要由Sensory公司的集成语音识别芯片RSC－364组成该芯片是专门为语音控制家电产品而设计的，外围辅助器件少，采用典型应用电路时只需要一个麦克风、一个晶体振荡器、一个小场声器和几个电阻、电容即可该芯片内部集成了语音识别、语音合成、语音身份识别、录音回放功能芯片内部采用的是神经网络的语音识别算法，和说话者无关的语音识别准确率可以达到97％，和说话者相关的语音识别准确率可以达到99％该芯片的功能框图如图4所示该芯片内部集成了一个八位的可编程微处理器，对外有16个可编程控制的I/O口，16位地址总线和8位数据总线及相应的控制信号，可方便地扩展外部ROM以及与外部器件通讯本文中对RSC－364的资源使用情况为：其P1口用于传输与控制命令相应的控制码，P0.7口用于启动无线发送模块发送数据3.1.2 无线发送模块为了提高无线收发的可靠性，本文采用集成的射频发送模块F05C和编码芯片PT2262组成无线编码发送模块PT2262外围电路简单，只需外接一个电阻调节载波频率PT2262的电源电压范围广，4～15V均能正常工作PT2262可以对12位二进制信号进行编码输出，足以满足本文的要求PT2262的控制也极为简单，在PT2262的TE端为0时，PT2262自动将地址引脚和数据引脚A0～A11的数据编译成适合RF电路发射的串行编码波形，然后通过DOUT 端口串行输出应用时只需将PT2262的DOUT端口连接到RF电路的数据输入端即可将数据通过无线电波发送出去本文中RF电路选用集成的射频发送模块F05C F05C采用声表谐振器稳频，SMT树脂封装，频率一致性较好，免调试F05C具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，当发射电压为3V时，发射电流约为2mA，发射功率较小；12V为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约为5～8mA；当发射电压大于l2V时直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高F05系列采用AM方式调制以降低功耗[1]因为本文无线发送的命令的种类较少，所以不需要全部使用PT2262的12个数据引脚，鉴于RSC-363内核和AT89C51均为八位机，为了数据传输方便，只使用PT2262的低八位数据引脚传输数据，其余的四个数据引脚直接接地，其上数据没有意义3.2 车载控制部分车载控制部分主要由无线接收模块(射频接收模块、解码芯片)、车载处理器和电机控制模块(图中略)组成，如图5所示其功能就是接收遥控器发出的无线电信号并解码，送入车载处理器，经过计算产生相应的控制信号，控制三个电机工作，使小车产生预期的动作3.2.1 无线接收模块无线接收模块由射频接收模块J05C和解码芯片PT2272组成J05C是F05C的配对功能模块J05C采用超外差电路结构和温度补偿电路，具有较高的接收灵敏度及稳定性，芯片内含低噪声射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、滤波器及限幅比较器，输出为数据电平信号其功能是自动接收无线电波并对电波进行处理，输出适合解码芯片解码或单片机解码的波形PT2272是PT2262的配对芯片，其外围电气特性和PT2262相同工作时，PT2272自动对从DIN端口输入的编码波形进行解码，解码成功则将地址和数据输出到对应的地址引脚和数据引脚，同时将EN端口置为高电平，数据在各个引脚上的排列顺序和PT2262完全相同和无线发送模块相对应，这里也只使用其低八位数据引脚传输八位有效数据3.2.2 车载处理器车载处理器采用常用的MCS－51系列单片机AT89C51 AT89C51是8位单片机，其片内集成有4K的程序存储器，能够满足一般的应用单片机有8位外部数据总线和16位外部寻址地址线，支持外扩程序存储器和数据存储器片内集成两个16位的定时/计数器，两个外部中断口，32位双向I/O口[2]在本文的应用中，单片机采用中断工作方式P2口和无线接收模块的解码芯片的数据端口的低8位相连，用于接收解码的数据解码芯片的EN端口和单片机的外部中断口INT0相连，解码芯片解码成功时会自动通过EN 端口向单片机申请中断，单片机进入中断处理程序，接收解码后数据因为EN端口是高电平有效，而INT0是低电平有效，所以EN需要通过一个反向器和INT0连接单片机的P1口用来输出PWM波，控制转向电机和两个驱动电机每个电机需要两个端口进行驱动，分别用于电机的正反向选择P1口每位的具体定义为：P1.0和P1.1用来控制转向电机的正转和反转；P1.2和P1.3用来控制左后轮驱动电机的正转和反转；P1.4和P1.5用来控制右后轮驱动电机的正转和反转3.2.3 电机控制模块电机的驱动采用双向PWM脉宽调制方式控制采用这种控制方式可以方便地实现电机的正反转和转速变化[3]电机驱动电路如图6所示其工组原理为当P1.0端口为高电平、P1.1端口为低电平时，三极管Q5导通，Q5导通又导致Q3和Q2导通，则电流从电源通过Q2、直流电机和Q3构成回路；当P1.0端口为低电平、P1.1端口为高电平时，三极管Q6导通，Q6导通又导致Q4和Q1导通，则电流从电源通过Q1、直流电机和Q4构成回路，且电流方向和前面相反，即电机转向发生变化通过控制P1.0口和P1.1口电平的高低和高电平导通的时间，就可以控制电机的正、反转和转速4 实验结果本文设计的小车的长度为210mm，宽度为100mm，前后轮距为150mm，小车的最大转弯角度为45度小车可以识别的总的命令条数为16条左转和右转各4条，对应的转向角度分别为5度、15度、25度、45度；停止1条；前进5条，对应于五级不同的前进速度；后退两条，对应两级不同的后退速度小车的各级转弯角度对应的转弯半径及两个电机的转速比的关系如表1所示该小车各部分采用模块化设计各个模块之间独立性强控制部分采用可编程微处理器，可以在不增加系统硬件的情况下方便地对系统进行二次开发本文对一辆小车进行了实验，实验结果表明语音识别系统在低噪声环境中识别率很高，在噪声水平较高的场合，识别率有所下降小车反应灵敏。
智能玩具小车毕业设计
摘要随着科学技术的进步，智能化和自动化技术越来越普及，各种高科技技术也广泛应用于智能小车河机器人玩具制造领域，使智能机器人越来越多样化。
智能小车是一个多种高新技术的集成体，融合了机械，计算机硬件，软件，电子，人工智能等多种科学技术的知识，可以涉及到当今许多前言领域的技术。
利用红外对管来检测黑线，利用超声波实现避障，并以STC89C51单片机为主控芯片控制小车的转向和速度，从而使小车实现自动循迹避障的功能。
其中由L298N驱动电路对小车驱动，单片机输出的PWM波控制速度。
由置程序分别控制位于小车左右的直流电机的运转，实现小车的自动识别路线的功能，能够有效的控制小车遇到障碍物时能够转弯角度与循迹行驶。
本设计的结构相对简单，比较易于实现，体现了一定程度的智能。
关键词：智能小车；红外对管；STC89C51单片机；超声波；L298NAbstractWith the progress of science and technology, intelligent and automation technology is more and more popular, various high-tech technology is also widely used in the field of intelligent car river robot toy manufacturing, make intelligent robot has become more and more diversified. Smart car is an integration of a variety of high technology, the integration of mechanical, computer hardware, software, electronics, artificial intelligence and many other kinds of scientific and technological knowledge can involves to many of today's introduction in the field of technology.Using infrared tube to detect the black line, in order to avoid obstacles by using ultrasonic wave, and the STC89C51 MCU as the main control chip to control the car's steering and speed, so as to enable the car to achieve the function of automatic tracking and obstacle avoidance. Which is driven by the L298N driver circuit, the output of the microcontroller PWM wave control speed. By the built-in program control located in the car about DC motor running, the car automatic recognition route function, can effectively control the car encountered obstacles to the steering angle and tracking road. The structure of the design is relatively simple, the comparison is easy to realize, and it embodies the intelligence of a certain degree..Keywords: intelligent vehicle; infrared tube; STC89C51MCU; ultrasonic; L298N目录摘要 (1)Abstract (2)引言 (1)1绪论 (2)1.1智能玩具的意义和作用 (2)1.2 智能小车的现状 (3)1.2.1 国外移动机器人的状况 (3)1.2.2 国移动机器人的状况 (3)2 方案设计与论证 (5)2.1 主控系统 (5)2.1.1 AT89C52单片机简介 (5)2.1.2 单片机的发展 (6)2.2 电机驱动模块 (7)2.2.1 H桥式电路工作原理 (9)2.2.2 PWM调速技术 (9)2.3循迹模块 (9)2.3.1光电传感器的工作原理 (9)2.3.2光电传感器的分类和工作方式 (10)2.4避障模块 (11)2.4.1 超声波测距的原理 (12)2.4.2 超声波传感器的分类 (12)2.4.3 超声波测距特点 (13)2.5 显示模块 (14)2.5.1 数码管的结构及工作原理 (14)2.5.2 数码管的选择 (15)2.6机械系统 (15)2.6.1 电机驱动部分： (15)2.6.2 电池的安装： (15)2.7电源模块 (16)3 硬件设计 (17)3.1 总体设计 (17)3.1.1主板设计框图如图3.1 (17)3.2驱动电路 (17)3.2.1 电机驱动电路设计 (18)3.2.2 信号检测电路设计 (18)3.2.3 主控电路设计 (19)3.3 显示模块电路设计 (20)4 软件设计 (22)4.1 主程序设计 (22)4.1.1 主程序框图 (22)4.1.2 主程序流程图 (23)4.2 循迹模块程序设计 (24)4.3 避障模块程序设计 (25)4.4 显示模块的程序设计 (26)5 制作安装与调试 (27)5.1 小车的安装 (27)5.2小车的调试 (27)5.3智能小车的功能 (28)结论 (29)参考文献 (31)引言随着微电子技术的不断发展，单片机不但集成程度越来越高，已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器／计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、A ／D 转换器、D／A 转换器等多种电路，而且体积越来越小，功耗越来越低，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合，组成智能化测量控制系统[8]。
智能玩具的设计与开发
智能玩具的设计与开发智能玩具是目前市场上备受欢迎的一种玩具，它结合了现代科技和儿童游戏的需求，能够带给孩子们更丰富的游戏体验和学习方式。
而智能玩具的设计和开发则是实现它的关键，本文将从多个方面进行论述。
一、市场与需求在进行智能玩具设计和开发之前，需要了解市场和用户需求。
目前市场上智能玩具种类繁多，主要分为儿童学习玩具、儿童益智玩具、机器人玩具等。
而用户需求则包括功能性、安全性、育儿陪伴等，需要针对不同年龄段和文化背景的孩子进行设计。
二、硬件设计智能玩具的硬件设计包括外观设计、电路设计、光学设计等多个方面。
外观设计需要注重孩子们的审美和使用适宜性，电路设计要满足玩具的各种功能，光学设计则需要考虑扫描、拍照等传感器的性能和调整。
三、软件开发智能玩具的软件开发一般包括嵌入式开发、应用开发和服务器开发三个方面。
嵌入式开发是指将软件嵌入硬件中实现玩具的各种功能，应用开发则是需要开发与玩具配套的APP，服务器开发则负责统计数据、推送信息等后台管理工作。
四、安全性智能玩具的安全性是设计和开发的重中之重，它需要确保玩具不会对孩子产生危害，并避免个人信息泄露等情况。
为了达到这一目的，需要确保产品防水、防摔、防辐射等，同时要确保软件的安全性，对用户信息进行加密保护等。
五、教育价值智能玩具的设计和开发并不只是为了孩子们玩耍，更重要的是要考虑它的教育价值。
通过游戏、逻辑、语言、数学等多种方式，可以帮助孩子们自主学习，提高兴趣、探索和创造的能力。
总的来说，智能玩具的设计和开发是一项严谨和复杂的工作，需要从市场需求、硬件设计、软件开发、安全性、教育价值等多方面进行考虑。
只有将这些因素都充分纳入设计和开发中，才能够打造出具有实际价值的智能玩具。
智能玩具小车的设计
摘要本设计课题研究的主题是将设计出一款拥有真实汽车一样的变速小车。
变速小车主要包括动力系统，变速系统，控制转向系统，以及制动系统。
本课题选用了直流电动机，和机械变速控制的变速箱，在操作上与真车无异。
关键词：变速、转向、制动目录1 绪论 (1)2 变速小车的整体设计 (2)2.1 变速小车工作原理 (2)2.2 变速小车各组成系统分析 (2)2.3 小车的主要设计参数 (3)3 小车变速系统的设计 (4)3.1 变速箱的结构分析 (4)3.2 小车变速箱的设计 (4)3.2直流电机的选择 (10)3.3 变速箱齿轮的设计 (11)3.3.1 变速箱齿轮的设计 (11)3.4 变速箱体轴的设计 (17)3.4.1变速箱轴的设计 (17)3.4.2输出轴的设计 (19)3.5链轮的设计 (21)3.6离合器的选择 (22)3.7 验算轴承寿命 (23)3.8 齿套的选择 (23)4 方向控制系统的设计 (24)5 小车制动系统的设计 (25)5.1鼓式刹车优缺点 (25)5.2盘式刹车的优缺点 (25)6 小车轮轴的校核 (27)6. 1 小车后轮轴校核 (27)6.2 小车前左轴校核 (28)参考资料 (29)致谢辞 (31)1 绪论随着社会的发展，生活水平的提高，人们生活已渐渐从物质生活转变成精神生活，这使得各种各样的消费品为世人所接受。
而由于过大的人口基数，使得中国实行了计划生育的基本国策，独生子女越来越多，这使得孩子逐渐成为了人们的中心，孩子的消费在家庭中也占了很大的比重，同时儿童的玩具也出现了不同的元素。
玩具小车自从汽车出现就已在男孩子的玩具世界中占了重要的角色，几年前更是出现了自动行驶的玩具小车，推动了玩具小车市场，逐渐向汽车靠拢，各种各样的玩具小车也出现在市场当中。
虽然现在市场中的玩具小车名目繁多，各式各样，可是却与现实的汽车存在差异。
首先：现今的玩具小车虽然已经实现了如真实汽车一样的手动操作，却只有固定的两个转速，一个是前进，另一个则是后退，不能像真实汽车一样的实现变速，降低了玩具小车的操作性。
小汽车玩具设计理念
小汽车玩具设计理念
小汽车玩具设计理念
为了创造一个富有创意和趣味性的小汽车玩具，我提出了以下设计理念。
1.可变形设计
小汽车玩具可以根据不同的需求和场景进行变形，例如可以在平坦道路上以小汽车的形态行驶，而在困难的路况下可以变为四驱车或越野车，以应对各种挑战和障碍。
这样的设计能够增加玩具的多样性和乐趣，让孩子们能够在玩耍中体验到创造与挑战的乐趣。
2.智能控制系统
小汽车玩具可以配备智能控制系统，通过遥控器或手机APP 实现远程操控。
这样的设计可以让孩子们学习到一些基本的编程和技术知识，同时也能增加玩具的操控性和互动性，让孩子们能够更好地掌握和理解科技。
3.环保材料
小汽车玩具应该采用环保材料，如无毒塑料或可降解材料，以保证孩子们的安全和健康。
此外，可使用可再生能源，如太阳能或电池，以减少对环境的污染，并培养孩子们的环保意识。
4.教育性设计
小汽车玩具可以设计成具有一定教育功能的模型，比如采用模块化设计，让孩子们在拼装中学习科学原理和机械结构。
另外，可以增加相关知识的小册子或故事，激发孩子们对汽车和科技的兴趣，培养他们的创造力和思维能力。
5.多元化设计
小汽车玩具可以设计成多种形状和颜色，以吸引不同性别和年龄段的孩子们的注意。
可以设计成卡通形象或动物形状的小汽车，增加可爱和趣味性。
此外，还可以设计成拼图或积木形式，让孩子们在玩耍中培养动手能力和空间想象力。
总之，我的小汽车玩具设计理念是结合创意、趣味性、教育性和环保性，让孩子们在玩耍中能够学习到更多的知识和技能。
希望通过这样的设计，能够激发孩子们对科技和环境保护的兴趣，培养他们的创造力和想象力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
| Techniques of Automation & Applications174智能玩具车的设计与实现汪 媛(武昌首义学院,湖北 武汉 430064)摘 要:系统以S T C89C51单片机为控制核心,实现玩具车的自循迹、前进、后退、左转、右转及状态显示等功能。
系统由L293D 电机驱动模块、红外传感器模块、电源模块、L E D 模块等组成,通过红外反射式传感器检测路面信息,单片机内部程序判断后输出PWM 信号来控制玩具车左右轮电机的转动运行,实现玩具车自动循迹功能;通过软件编程控制小车实现前、后、左、右、加减速和车灯闪烁。
实验证明,玩具车结构简单,运行稳定,响应速度快,能沿着引导轨迹自动行驶及正确接收遥控的指令,具有实际应用价值。
关键词:玩具车;单片机;电机驱动;红外传感器;自循迹中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2018)11-0174-04Design and Realization of the Intelligent Toy CarWANG-Yuan( Wuchang Shouyi University, Wuhan 430064 China )Abstract: The design of intelligent toy car is composed of STC89C51 SCM, it has functions of self-tracking, going forward, goingbackward, turning left, turning right, status display and so on. The system is composed of L293D motor driver module, infrared sensor module, power module, LED display module etc. The road information is detected by infrared reflection sensor, the SCM control the toy car rotating operation of left and right wheel motors through the PWM signal to realize the function of self-tracking, to achieve the function of going forward, going backward, turning left, turning right and status display through software programming. Test result shows that the toy car has simple structure, good performance, quick response, can travel automatically along the lead trajectory and receive remote instructions correctly. The system has practical application value.Key words: toy car; SCM; motor drive; infrared sensor; self-tracking收稿日期:2017-09-051 引言玩具是儿童生活中不可缺少的一部分,随着时代的发展, 人们对玩具的要求也越来越高,传统的简易玩具已经无法满足儿童的需求。
由于单片机具有功能强大、小型轻量、价格便宜等特点,所以出现了越来越多以单片机为控制核心的智能玩具, 这些新型的智能玩具不仅增强了玩具的趣味性,而且对培养儿童的探索精神有很强的促进作用[1]。
因此, 新型化、智能化玩具的研制有很广阔的发展空间。
系统采用STC89C51单片机作为路面信息检测、输入信号处理和电机控制的核心,根据电路功能设计车体,2个直流电机作为主驱动,附加相应的电源电路和下载电路构成整体电路。
系统使用红外线传感器装置,通过红外线发出信号来进行前、后、左、右操作。
由单片机控制驱动芯片L293D 驱动玩具车的电机,并用PWM 技术对电机的速度进行调节和控制,实现对玩具车的控制。
2 硬件电路设计2.1 直流调速电路的设计PWM 技术俗称脉冲宽度调制,它是通过调节开关固定频率的直流电源电压的脉宽(占空比)来改变负载两端电压的平均值从而达到控制的一种调整电压的方法[2]。
PWM 技术的主要目的是改变直流电机的电压,调速使用的芯片是L293D,利用它来调节占空比,其结构图如图1所示。
图1中INPUT 端口和单片机的输出端口相连,ENA 和E N B 端口是两个直流电机的使能端,通过单片机来Techniques of Automation & Applications | 175对ENA 和ENB 端口在一定时间控制其通断来控制直流电机的输出电压。
在单位时间内导通的时间越长,则直流电机两端的输出电压也越大,直流电机的转速也越快。
图1 L293D 结构图2.2 信号检测模块在红外线遥控系统中,CPU 接收信号发射器产生的二进制代码,然后将遥控器上的键码和解码值一一对应。
在遥控器上按下键码时,遥控器会产生相应的遥控信号,遥控编码脉冲在对产生的信号进行调制后才产生遥控的最终信号[3],然后将信号经驱动电路通过红外发射管发射出去。
图2 红外线接收装置图3 循迹装置原理图红外线遥控部分,包括接收装置和发射装置。
发射装置可以选择市面上的红外遥控,红外遥控器只要知道每个键值的键码就可以把接收到的遥控键码值根据需要分配不同的功能,红外线接收装置如图2所示,图2中I R 是串行传送的,它将接收的信号串行发送给单片机,单片机根据接收到的信号在进行下一步操作。
循迹电路是利用一对红外线接收和发射装置实现,如图3所示,工作原理是利用V5和V6发射红外线信号,而V2和V3则接收反射回来的红外信号,当所发的信号被黑色线路吸收时,则V2和V3截止,传递给单片机的信号则是高电平;当V2和V3接收到反射来的红外线时,则V2和V3导通,发送给单片机的信号则是低电平。
2.3 显示电路显示模块是用于显示玩具车的运行状态,主要使用的是L E D 发光二极管,显示模块的数据输入是主控模块发送的,主控在控制小车的各种运行状态中,把小车的各种状态进行分析,然后再把数据传输给显示模块。
2.4 电源电路由于单片机的电压是5V,普通干电池的电压为1.5V,可以使用集成电压变换芯片7805将9V 电压转换为5V电压,7805芯片能够输出的电压范围为4.8V 到5V 的电压,它输出的电流不超过1.5A。
将6节干电池串联,然后经过电压变换可获得5V 电压。
3 玩具车软件设计3.1 玩具车方向控制设计图4 红外线工作流程图图5 方向控制流程图在进行方向操作时,玩具车处于初始的禁止状态。
当红外线要控制玩具车时,工作过程如图4所示。
在方向控制的过程中首先要解决的问题是信号接收,由于本次设计的控制器件是红外线遥控器,所以要判断信号。
在软件中,会给前后左右编写不同的键码,如果单片机| Techniques of Automation & Applications176的串口收到的信号是这其中一种,就会执行下一步的操作,如果接收到的不是这些信号[4],单片机会拒绝操作。
当完成了信号的解码工作后,单片机就开始执行方向操作,如图5所示。
在方向控制中,在前进模块的过程中,使2个直流电机正向运动;在后退模块中,使2个电机反向运动;在左转模块中,左轮正向运动,右轮反向运动;在右转模块中,右轮正向运动,左轮反向运动。
3.2 小车变速运行设计完成玩具车的基本转向设计后,需要完成的操作是利用PWM 操作进行玩具车的变速操作,即用PWM 占空比来控制玩具车的车速。
程序中通过控制芯片的高低的电平导通时间,改变占空比,实现对直流电机的控制,具体流程图如图6所示。
图6 玩具车变速运行流程图玩具车的变速的程序过程是在方向控制的基础上在进行的操作,变速的设计只需要给变速功能分配一个键码值,当单片机的红外接收装置收到了加速信号的时候,单片机就会产生占空比,对直流电机进行变速操作。
3.3 循迹程序的设计循迹程序的设计通过前方的红外探头来检测地面的信号,根据道路的要求,当道路为白色时,红外接收到信号,与地面检测的红外相应端口低电平,当道路为黑色时,与地面检测的红外相应端口为高电平,我们就可以根据这和判断条件进行道路的寻找,具体设计流程图如图7所示。
玩具车的循迹功能是自发进行的,在循迹过程中没有用到红外线遥控操作。
在设计过程中可以用到方向运动中的模块,当传感器有信号反馈给单片机的时候,可以根据反馈的信号进行判断,然后再执行操作。
当两个传感器传送的都是高电平的时候,单片机就会启动小车的前进模块,传感器没有收到信号的时候,单片机就不会对直流电机进行操作[5-6]。
如果有一个传感器有信号另外一个没有,那么就会根据判断再进一步执行操作。
图7 小车循迹流程图3.4 玩具车的显示设计玩具车的显示主要目的是为了反映玩具车的运行状态,在玩具车的其它基本功能完成后,利用显示装置把状态更好的反映出来,以便于人的肉眼观察,显示流程图如图8所示。
显示过程会配合玩具车的方向运动进行,还能独立的根据红外遥控进行操作,独立操作时,只需要把遥控器上的不同的键码值经过单片机解码之后,发送给LED显示灯上的不同的端口。
把显示的字符码和遥控器上的键码一一对应。
在进行车灯显示的过程中,不同的运动方向会配备不同的车灯显示操作,只需要把点亮发光二级管的程序写进小车方向控制的模块中[7]。
4 结束语本系统设计实现的智能玩具车,实际测试结果表明:玩具车运行平稳,在长时间工作中能自动循迹,没有偏离黑线,转弯处运行平稳,转速可随行走路径自动调整,能完成遥控前进、后退、左转、右转、状态显示等功能,玩具车整体性能稳定,为了使小车更加智能化,在后续工作中可以为玩具车增加自动识别、自主避障、车速检测和语音报警等功能,在软件设计中可以将智能算法用于玩具车的设计,进一步提高玩具车的稳定性。
参考文献:[1] 徐芳菲,王艳,金帅.基于单片机的玩具小车设计[J].哈尔滨:自动化技术与应用,2016,35(8):129-131.[2]杨维祎,郭颖,栾哲江等.基于STC89C52的智能玩Techniques of Automation & Applications | 177具小车设计[J].西安:电子设计工程,2016,24(10):97-99.[3] 孔令荣,王昊.基于STC89C52的智能寻迹小车设计[J].哈尔滨:自动化技术与应用,2015,34(2):92-96.[4] 王晶.智能小车运动控制技术的研究[D].武汉:武汉理大学硕士学位论文,2009,26-33.[5] WU HONGXING,CHENG SHUKANG,CUI SHU MEI.A Controller of Brushless DC Motor for Electric Vehicle[J].IEEE Transactions on Magnetics,2005,1(1):10-20.[6] 陈懂,刘江,金世俊.智能小车的多传感器数据融合[J].西安:现代电子技术,2005,(6):3-5.图8 玩具车显示流程图作者简介:汪媛(1982-),女,讲师,从事电力电子与电力传动研究。