基于單片機的智能玩具電動車設計研究

摘 要：本文基于對智能玩具電動車設計的研究，發現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。

關鍵詞：單片機；智能；玩具電動車

智能玩具對兒童智力開發有很好的作用，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，便可構成一個完整的微型計算機。現如今，更新型、更高能的單片機相繼出現，并可以實現不同操作要求。單片機具有運算速度快、存儲容量大、運算能力強等優勢，類型有通用型和專用型，被廣泛應用于工業、農業、國防軍事、科研、教育以及日常生活的各個領域，成為其智能化工具，推動了各行業技術改造，有利于產品不斷創新。

智能玩具電動車控制系統屬于一個綜合系統，包含了計算機控制技術、傳感技術、機械工程和人工智能等多方面的技術?？刂品绞接袉纹瑱C控制方式、光學傳感器控制方式、語音控制方式等。其功能包括對外界環境感知、動態決策和規劃、行為控制和執行等。

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。智能玩具電動車設計多采用后驅動方式，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。當調整驅動輪轉速、轉動方向時，就能夠控制玩具電動車的轉向。玩具電動車底盤兩側分別安裝兩個紅外傳感器，當電動車其中一側的傳感器檢測到黑線時，此側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行分析和判斷，從而自動規避障礙物。將二極管和語音播報功能加入到智能玩具電動車設計中，就可以將電動車的行駛狀態等信息以語音、發光的形式表現出來，實現玩具電動車的智能化控制。

三、智能玩具電動車的系統設計

1.硬件系統設計

（1）單片機部分設計。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、外部總線豐富等優點，被廣泛應用于智能電子產品當中?，F在市場上單片機種類豐富、功能各異，因此，要根據產品的實際系統情況，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雜電子產品使用。

（2）循跡部分設計。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。當紅外傳感器感應到前方物體時，輸出的電壓根據不同的物體發出相應的改變，并經過LM32比較采集高低電平，進行信號檢測，單片機獲得相關的路面信息，改變控制命令，使電動車作出合適動作，實現循跡功能。

（3）傳感器避障部分。傳感器避障有兩種技術：一種是超聲波避障，在一定范圍內，超聲波會進行多次反射，傳感器之間容易相互干擾，導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速度靈敏，不會發生誤判情況。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計多選擇后者。傳感器避障設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，一般采用電池串聯供電的方式，有利于保持電壓的穩定性。智能玩具電動車系統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生的狀態通過語音提示的形式展現出來。采用一種永久記憶型語音錄放電路，主要由定時器、內部時鐘、前置放大器、解碼器和收發器等組成，錄音時長60秒，可重復錄放數十萬次。將語音錄制完成儲存于芯片中，當電動車發生不同的動作時，就可以播報出相應的語音信息。

2.軟件系統設計

軟件系統主要是通過程序編寫對檢測信息進行分析和處理，并作出相應的指令，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業的重要發展項目。單片機作為智能化核心控制器，對玩具產業的技術改造以及提高玩具智能化水平有很大推動作用。

參考文獻：

[1]董胡，馬振中. 基于單片機的智能玩具小車設計[J]. 微型電腦應用，2014（9）：14-16.

[2]吳賽燕. 智能玩具電動車設計方案研究[J]. 電子技術與軟件工程，2015（18）：261.

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