摘 要：本文基于對(duì)智能玩具電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)的研究，發(fā)現(xiàn)單片機(jī)作為智能玩具電動(dòng)車(chē)的核心控制器，有利于玩具智能化水平的提高。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能；玩具電動(dòng)車(chē)

智能玩具對(duì)兒童智力開(kāi)發(fā)有很好的作用，因此受到了廣大家長(zhǎng)的喜愛(ài)。中國(guó)作為世界上玩具第一生產(chǎn)大國(guó)，電子智能玩具具有很好的市場(chǎng)前景。單片機(jī)作為智能玩具電動(dòng)車(chē)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(jì)算機(jī)（Single Clip Microcomputer）簡(jiǎn)稱單片機(jī)。將中央處理器、只讀存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)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(gè)芯片上，便可構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)如今，更新型、更高能的單片機(jī)相繼出現(xiàn)，并可以實(shí)現(xiàn)不同操作要求。單片機(jī)具有運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)容量大、運(yùn)算能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，類(lèi)型有通用型和專用型，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防軍事、科研、教育以及日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為其智能化工具，推動(dòng)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(dòng)車(chē)控制系統(tǒng)屬于一個(gè)綜合系統(tǒng)，包含了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械工程和人工智能等多方面的技術(shù)?？刂品绞接袉纹瑱C(jī)控制方式、光學(xué)傳感器控制方式、語(yǔ)音控制方式等。其功能包括對(duì)外界環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策和規(guī)劃、行為控制和執(zhí)行等。

二、智能玩具電動(dòng)車(chē)的工作原理

智能玩具電動(dòng)車(chē)以單片機(jī)為核心控制芯片，單片機(jī)、循跡、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、電源以及傳感器避障等部件作為硬件電路。智能玩具電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)多采用后驅(qū)動(dòng)方式，兩個(gè)后輪分別各由一個(gè)電機(jī)控制，前輪是一個(gè)萬(wàn)向輪，用來(lái)保持平衡。當(dāng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，就能夠控制玩具電動(dòng)車(chē)的轉(zhuǎn)向。玩具電動(dòng)車(chē)底盤(pán)兩側(cè)分別安裝兩個(gè)紅外傳感器，當(dāng)電動(dòng)車(chē)其中一側(cè)的傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，此側(cè)電機(jī)受到單片機(jī)控制芯片控制停止供電，并且電動(dòng)車(chē)向此側(cè)修正。玩具電動(dòng)車(chē)通過(guò)前端三個(gè)紅外傳感器探測(cè)前方是否有障礙物，單片機(jī)將檢測(cè)到的信息進(jìn)行分析和判斷，從而自動(dòng)規(guī)避障礙物。將二極管和語(yǔ)音播報(bào)功能加入到智能玩具電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)中，就可以將電動(dòng)車(chē)的行駛狀態(tài)等信息以語(yǔ)音、發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)玩具電動(dòng)車(chē)的智能化控制。

三、智能玩具電動(dòng)車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

（2）循跡部分設(shè)計(jì)。循跡部分包含4個(gè)紅外傳感器，主要安裝在智能玩具電動(dòng)車(chē)的底盤(pán)。當(dāng)紅外傳感器感應(yīng)到前方物體時(shí)，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(guò)LM32比較采集高低電平，進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，單片機(jī)獲得相關(guān)的路面信息，改變控制命令，使電動(dòng)車(chē)作出合適動(dòng)作，實(shí)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(huì)進(jìn)行多次反射，傳感器之間容易相互干擾，導(dǎo)致對(duì)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(huì)相互干擾，遇到近距離的障礙物反應(yīng)速度靈敏，不會(huì)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(dòng)車(chē)傳感器避障設(shè)計(jì)多選擇后者。傳感器避障設(shè)置在智能玩具電動(dòng)車(chē)前后兩端，共6個(gè)紅外傳感器，工作原理與循跡相同，采用反射式接收。

（4）電機(jī)部分。在電動(dòng)車(chē)兩個(gè)后輪旁分別安置一個(gè)直流電機(jī)，并使用同一個(gè)控制端?？刂贫擞?個(gè)通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)單片機(jī)的I/O輸入改變控制端的電平，可以控制電動(dòng)車(chē)向前、后、左、右四個(gè)方向行駛，避開(kāi)障礙物。

（5）電源部分。電源是整個(gè)智能電子玩具電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)的重要部分。電源為電動(dòng)車(chē)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(dòng)車(chē)系統(tǒng)各個(gè)部分所需要的電壓各不相同，單片機(jī)、尋跡、傳感器避障部分所需要電壓為5V，電機(jī)部分所需電壓為12V，語(yǔ)音播報(bào)部分所需電壓為3.3V。

（6）語(yǔ)音播報(bào)部分。語(yǔ)音播報(bào)部分的功能是將智能玩具電動(dòng)車(chē)正在發(fā)生的狀態(tài)通過(guò)語(yǔ)音提示的形式展現(xiàn)出來(lái)。采用一種永久記憶型語(yǔ)音錄放電路，主要由定時(shí)器、內(nèi)部時(shí)鐘、前置放大器、解碼器和收發(fā)器等組成，錄音時(shí)長(zhǎng)60秒，可重復(fù)錄放數(shù)十萬(wàn)次。將語(yǔ)音錄制完成儲(chǔ)存于芯片中，當(dāng)電動(dòng)車(chē)發(fā)生不同的動(dòng)作時(shí)，就可以播報(bào)出相應(yīng)的語(yǔ)音信息。

2.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要是通過(guò)程序編寫(xiě)對(duì)檢測(cè)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(dòng)車(chē)的行為。各個(gè)模塊上，控制流程分別為電機(jī)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(guó)玩具產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展項(xiàng)目。單片機(jī)作為智能化核心控制器，對(duì)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(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)：

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