智能DIY玩具車

鄭雋杰+吳樂+汪苗+王曉雯

1 作品詳細介紹

玩具車由遙控部分、中央控制和電機驅動部分、人車互動部分、娛樂部分組成。第一代和第二代玩具車實物圖如圖1所示。

遙控部分采用手機藍牙作為客戶端，小車上的藍牙模塊HC-06作為服務端，任何一款安卓智能手機下載一個軟件就可以通過下列兩種方式控制小車：

（1）利用智能手機的重力感應，通過翻轉手機來控制玩具小車的運動；

（2）通過屏幕按鍵控制小車的運動以及刷盤、滾筒、抽水泵的工作狀態，完成一系列清潔功能。且第二代作品還能“吸塵”。

中央控制和電機驅動部分通過MSP430F5529單片機接收由手機發出的信號控制整個小車的系統，而五個電機的驅動則由L298N來完成。

人車互動部分利用3個安置方向不同的超聲波測距傳感器使小車跟隨指示物隨意運動；小車上的清洗裝置可由孩子親手完成，且其組裝拆卸（材料取自生活廢棄物如牙刷、餐巾紙等）且有多種組合方式。為小車配備的靜電紙可以吸附毛發、粉塵。小車集噴水、洗刷、擦拭、刮拭等功能于一體。

娛樂部分通過單片機控制15盞LED燈的不同亮滅狀態來實現，可顯示出“喜、怒、哀、樂”四個表情，更能吸引孩子的興趣。

2 工作原理

此玩具小車是基于MSP430f5529 MCU的多功能控制小車。它的控制部分由Android手機、HC-06藍牙通訊模塊和單片機組成。當Android上位機發送一條藍牙指令后，HC-06下位機接收并且通過模擬串口發送至單片機，單片機識別指令并且做出相應的動作。

動作部分的實現原理如下所示：

（1）小車前進后退等由L298N電機驅動模塊主控，由單片機給出不同的電平，L298N選擇前進后退一個輪子，并且單片機發出PWM波使能驅動以達到調速的目的。這樣即可通過兩個輪子不同的轉向、轉速完成不同的動作。

（2）滾輪、刷子、噴水部分也由L298N調速以及驅動旋轉完成。

（3）跟蹤動作由三個超聲波測距模塊主控，進入跟蹤模式后，三個超聲波測距模塊不斷進行探測，探測到物體給出不同時間的高電平，打開單片機的三個定時器捕獲并且對高電平計時。根據探測到的時間進行位置計算，并且依據三個不同方向的距離對小車的位置進行調控，最終達到跟蹤的效果。

（4）LED彩燈效果根據不同的線路搭配，不同的時刻給予不同線路的高電平，從而組成不同的“臉譜圖”。

（5）第二代產品的“吸塵器”基于一個筆記本電腦散熱器改裝而成。

3 作品創新點

（1）游戲與勞動相結合（寓學于樂）。這款小車能讓小孩在玩的同時做些簡單的清潔工作，這是傳統玩具所不具備的功能。且由于現在小孩的勞動意識越來越差，這種將玩具車與清掃功能集于一體的設計讓孩子們在玩玩具的過程中幫父母干一些力所能及的家務活，從中獲得自豪感以及勞動的快樂，可以培養孩子的勞動意識，體現了寓學于樂的理念。

（2）無線技術的應用拋棄了傳統的遙控器，使用任何一款安卓智能手機下載一個App就可以控制小車，充分利用了手機重力感應功能及藍牙功能，讓孩子們像玩普通遙控賽車那樣來操作玩具小車，可以體會到科技帶來的樂趣與方便，有利于激發孩子對未知知識的學習興趣，擺脫對手機游戲的依賴，也有益于他們的身心健康。此外，該款產品無需花費額外的成本來生產專用的遙控器和電池。

（3）玩具對周圍環境和人的感知用超聲波測距傳感器做跟蹤模塊，使小車跟隨孩子一起移動，實現簡單的人機交互，更能使小孩子對科學產生濃厚的興趣，有利于他們學習，而這也體現了物聯網的概念。

（4）集噴水、吸塵、擦拭、刮拭于一體，可拆卸安裝。清潔套具可以拆卸、重新安裝、重新制作，且使用的材料均可從生活中獲得，因此孩子們可以自己動手安裝，提高動手能力。

4 市場前景

由于中國消費群體巨大，14歲以下人口共計有3億多人，其中城市人口達到了8 000萬，因此玩具市場十分龐大。而隨著近年來電子化、智能化玩具的發展，已逐漸取代傳統玩具的地位，成為市場新寵，因此我們的作品能夠更好地“侵入”市場。并隨著消費者消費理念的更新，我們的產品更合家長“胃口”。目前，家長對幼兒教育極為重視，因此這種集知識、趣味、勞動于一體的玩具具有巨大的發展潛力，且更加高科技，能夠極大地激發孩子探索知識的興趣，也使得家長們多了一條途徑來引導教育孩子。寓教于樂在消費層面上滿足了家長和孩子兩方面的需求。這款新型智能玩具的許多材料都來源于生活，傳達出一種節能環保的生活理念，與綠色生活相呼應的同時也節省了成本，更符合可持續發展要求。不同人群，不同種類的玩具消費占比柱狀圖如圖6所示。

5 獲獎感言

經過一個月的努力，我們取得了意想不到的好結果，這再次體現了“堅持就是勝利”這一箴言。回想這一個月的歷程，有喜悅，有苦惱，有挫折，有失敗……但我們團結一心，永不言棄，在朋友與老師的幫助下，不畏困難，再接再厲，最終取得了滿意的成績。同時這件事也告訴我們，不論做什么都不要太在意結果，只要認真地完成這一過程，那結果就不會差。希望我們能在未來繼續發揚這種精神，取得更大的成績！