基于单片机的智能玩具电动车的设计
来源:用户上传
作者:
摘 要 单片机具有较好的可靠性和扩展性，且能够精确控制，十分符合智能玩具电动车设计的需求，在单片机基础上设智能玩具电动车，是一种可行、高效的方法。本文就以SPCE061单片机为基础，对智能玩具电动车的设计展开探讨，以为玩具车行业发展和进步提供参考。
关键词 单片机；智能玩具电动车；设计
中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）146-0122-02
近些年来，随着科学技术的不断进步，玩具产业也迎来了技术革命，智能化成为玩具设计的重要发展方向。在智能玩具设计中，离不开微电子技术、计算机技术、微传感技术和机械技术的支持，单片机作为各种技术的承载体，以其为基础设计相应的智能玩具，是智能玩具设计的主流趋势，本文就围绕此展开探讨。
1 智能玩具电动车的工作原理
在智能玩具电动车中，采用的控制芯片是SPCE061单片机，其硬件电路设计方面，包含了SPCE061单片机、循迹、电机驱动、电源以及传感器避障等多个部分，实现玩具多功能、智能化目标。
以SPCE061单片机为基础的智能玩具电动车设计中，采取的是后驱动方式，每个后轮分别配有1个电机，前轮中有一个为万向轮，有着平衡和支撑作用，通过对驱动轮转速、转动方向的调整，就可以完成玩具电动车的转向。
同时，在玩具电动车的底盘两侧，均设计有2个红外传感器，如此以来，当电动车某一侧传感器检测到黑线后，信号在单片机控制芯片中处理后，会控制此侧电机停止供电，使电动车向此侧修正。
此外，在玩具电动车的前端，设计有3个红外传感器，利用其来检测前房是否有障碍物，检测到的信息会反馈到单片机中进行分析和判断，从而实现自动规避障碍物的功能[1]。
最后，在智能玩具电动车的设计中，还加入了二极管和语音播报部分，通过语音提示、发光等方式，来提示电动车的行驶方向等状态信息，更便于电动车的智能化控制。
2 智能玩具电动车的系统设计
2.1 硬件系统设计
硬件系统设计的部分如上述所述，在各个部分当中，其设计的具体内容有以下方面。
1）单片机部分设计。
SPCE061单片机是整个智能化玩具电动车的核心所在，其作用是对电动车行为进行控制，是一种16位的微控制器，核心处理器为unSP，具有抗干扰能力强、功率消耗低、处理效率高等优点。
在SPCE061单片机中，有32k的存储空间，3个定时器和计数器以及32个串行设备I/O口以及通用异步串行接口等。在于各个功能部分连接中，单片机相对应的I/O端口分配为：
循迹部分有8个端口，编号分别为P0.0-P0.7，以相邻两个编号为一组，分别对应底部左侧、底部中1和底部中2以及底部右侧的传感器检测情况。
传感器避障部分有3个端口，编号为P1.0-P1.2，分别对应车前左侧、车前中间以及车前右侧传感器检测情况。
电机驱动部分有4个端口，编号为P1.3-P1./6，分成两组分别对应左侧电机和右侧电机。
发光二极管部分有2个端口，分别是P3.0和P3.1，是二极管数据传输端口。
语音播报部分有6个端口，编号是P2.0-P2.5，前三个是语音控制位，后三个是语音地址位。
2）循迹部分设计。
循迹部分设计在智能玩具电动车的底盘，包括4个红外传感器，在感应到不同物体后，其输出的电压会发生相应改变，输出的电压经过LM234后，通过对采集高低电平的比较，完成信号检测，单片机就可以得到路面情况，改变控制指令使电机做出合适动作，实现电动车的循迹。
3）传感器避障部分。
传感器避障部分设计在智能玩具电动车的前端，包括3个红外传感器，其原理与循迹部分中工作原理完全一致。
就传感器避障而言，还有另一种常用技术，即超声波避障，但由于在一定范围内，超声波容易发生多次反射，传感器之间会出现相互干扰，导致误判发生，所以，并不适用于玩具电动车的设计中。
相较于超声波避障，红外线避障具有传感器信号很少相互干扰、对近距离障碍物有灵敏反应速度、探测距离容易调节等优势，加上装配简单、价格便宜、使用方便的特点，适合用于智能化玩具电动车产品当中[2]。
4）电机部分。
在电机部分，采取的是两个直流电机，分别设置在电动车的两个后轮旁边，两个直流电机使用同一控制端，在此控制端中，有4个通道逻辑驱动电路，实现电动车的“前进”、“后退”、“左转”、“右转”四个方向控制。在实际工作中，控制端接受到单片机通过I/O端口发出的电平改变指令后，即会即可完成相应的操作，使电动车向无障碍处或指定位置行驶。
在此部分中，既可以实现无障碍状态下自动控制车速，也可以根据障碍情况控制小车行进方向，避开障碍。
5）电源部分。
电源部分是整个智能化玩具电动车的重要组成部分，为其它各个组成部分提供电能，是智能化玩具电动车硬件系统能有效、正常运行的根本所在。电源部分通常采用2-4节电池，采取串联供电方式，针对不同的部分，其给予的电压有所不同。其中，单片机、循迹和传感器避障部分使用5V电压；电机驱动使用12V电压，语音播报部分电压为3.3V。
6）语音播报部分。
语音播报部分的功能主要是提示玩具电动车的行驶状态，采取的是一种永久记忆性语音录放电路，时间根据电路需求设置为30s-60s左右，可以重复数万次。利用此电路，可以节省A/D、D/A转换器，其组成包括内部时钟、定时器、逻辑控制和收发器、解码器等。
2.2 软件系统设计
软件系统是智能玩具电动车智能化实现的重要途径，主要是通过简单的编程，来完成对检测信息的处理和分析，并发出相应控制指令，改变玩具电动车的行进方向。在各个模块上，其控制流程分别为：
首先，电机驱动流程。在触发中断之后，左右两侧电机根据P1.3、P1.4、P1.5、P1.6值，分别某种指令动作，包括大后退右/右转、后退左/右转、前进左/右转、前进等。
其次，避障流程。在开始后，先初始化系统，在行进过程中，检测是否有障碍，如果判断无障碍，会继续原速度前进；如果判断有障碍，需停止前进，判断左转或右转，绕开障碍物后继续前进[3]。
第三，循迹流程。在开始后，先进行系统模块初始化，主控制器模块入口会得到采集的路况信息，经检测分析后，判断是否保持水平，如果判断为是，继续原速前进，直到终点后结束前进；如果判断为否，应直接结束前进。在行驶过程中，还需要对偏离情况进行检测，根据偏离结果控制电机模块，减速调整到合适状态后，再继续原速前进。
3 结论
综上所述，随着人们生活水平的提高，传统玩具由于功能单一、只符合娱乐要求的弊端，已经无法适应当前社会发展的需求，开发综合娱乐、科学、思想教育等多功能的玩具已经成为玩具行业的必然趋势。在多功能玩具开发中，智能化是其一个重要的要求，为实现智能化设计目标，可以采取单片机作为核心控制器，利用单片机承载的控制软件，提高玩具的智能化水平。
参考文献
[1]齐楠.基于单片机和多种传感技术的智能玩具电动车的设计与实现[J].科技创新与应用，2015，15：44.
[2]董胡，马振中.基于单片机的智能玩具小车设计[J].微型电脑应用，2014，9：14-16.
[3]唐米杰，李新国.基于语音识别与单片机控制的智能玩具设计与实现[J].计算技术与自动化，2013，04：37-40.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-11587775.htm
