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基于单片机的智能玩具电动车设计研究
作者：王海
来源：《新校园·上旬刊》2016年第02期
摘 要：本文基于对智能玩具电动车设计的研究，发现单片机作为智能玩具电动车的核心控制器，有利于玩具智能化水平的提高。 关键词：单片机；智能；玩具电动车
智能玩具对儿童智力开发有很好的作用，因此受到了广大家长的喜爱。中国作为世界上玩具第一生产大国，电子智能玩具具有很好的市场前景。单片机作为智能玩具电动车的控制核心，可以提高玩具的智能化水平。 一、技术介绍
单片微型计算机（Single Clip Microcomputer）简称单片机。将中央处理器、只读存储器、定时/计数器、输入输出接口电路等拥有不同功能的部件集成在一个芯片上，便可构成一个完整的微型计算机。现如今，更新型、更高能的单片机相继出现，并可以实现不同操作要求。单片机具有运算速度快、存储容量大、运算能力强等优势，类型有通用型和专用型，被广泛应用于工业、农业、国防军事、科研、教育以及日常生活的各个领域，成为其智能化工具，推动了各行业技术改造，有利于产品不断创新。
智能玩具电动车控制系统属于一个综合系统，包含了计算机控制技术、传感技术、机械工程和人工智能等多方面的技术。控制方式有单片机控制方式、光学传感器控制方式、语音控制方式等。其功能包括对外界环境感知、动态决策和规划、行为控制和执行等。 二、智能玩具电动车的工作原理
智能玩具电动车以单片机为核心控制芯片，单片机、循迹、电机驱动、电源以及传感器避障等部件作为硬件电路。智能玩具电动车设计多采用后驱动方式，两个后轮分别各由一个电机控制，前轮是一个万向轮，用来保持平衡。当调整驱动轮转速、转动方向时，就能够控制玩具电动车的转向。玩具电动车底盘两侧分别安装两个红外传感器，当电动车其中一侧的传感器检测到黑线时，此侧电机受到单片机控制芯片控制停止供电，并且电动车向此侧修正。玩具电动车通过前端三个红外传感器探测前方是否有障碍物，单片机将检测到的信息进行分析和判断，从而自动规避障碍物。将二极管和语音播报功能加入到智能玩具电动车设计中，就可以将电动车的行驶状态等信息以语音、发光的形式表现出来，实现玩具电动车的智能化控制。 三、智能玩具电动车的系统设计 1.硬件系统设计
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（1）单片机部分设计。智能玩具电动车采用单片机作为主要控制器。单片机由于具有处理效率高、抗干扰能力强、使用温度范围广、体积小、功率低、控制功能强、外部总线丰富等优点，被广泛应用于智能电子产品当中。现在市场上单片机种类丰富、功能各异，因此，要根据产品的实际系统情况，选择适合的单片机型号。智能玩具电动车多采用STC89C51单片机，这款单片机适合多控制的复杂电子产品使用。
（2）循迹部分设计。循迹部分包含4个红外传感器，主要安装在智能玩具电动车的底盘。当红外传感器感应到前方物体时，输出的电压根据不同的物体发出相应的改变，并经过LM32比较采集高低电平，进行信号检测，单片机获得相关的路面信息，改变控制命令，使电动车作出合适动作，实现循迹功能。
（3）传感器避障部分。传感器避障有两种技术：一种是超声波避障，在一定范围内，超声波会进行多次反射，传感器之间容易相互干扰，导致对障碍物方向判断失误；另一种是红外线避障，与超声波避障相比，传感器之间不会相互干扰，遇到近距离的障碍物反应速度灵敏，不会发生误判情况。因此，红外线避障和超声波避障相比，智能玩具电动车传感器避障设计多选择后者。传感器避障设置在智能玩具电动车前后两端，共6个红外传感器，工作原理与循迹相同，采用反射式接收。
（4）电机部分。在电动车两个后轮旁分别安置一个直流电机，并使用同一个控制端。控制端有4个通道逻辑驱动电路，通过单片机的I/O输入改变控制端的电平，可以控制电动车向前、后、左、右四个方向行驶，避开障碍物。
（5）电源部分。电源是整个智能电子玩具电动车设计的重要部分。电源为电动车正常使用提供电能，一般采用电池串联供电的方式，有利于保持电压的稳定性。智能玩具电动车系统各个部分所需要的电压各不相同，单片机、寻迹、传感器避障部分所需要电压为5V，电机部分所需电压为12V，语音播报部分所需电压为3.3V。
（6）语音播报部分。语音播报部分的功能是将智能玩具电动车正在发生的状态通过语音提示的形式展现出来。采用一种永久记忆型语音录放电路，主要由定时器、内部时钟、前置放大器、解码器和收发器等组成，录音时长60秒，可重复录放数十万次。将语音录制完成储存于芯片中，当电动车发生不同的动作时，就可以播报出相应的语音信息。 2.软件系统设计
软件系统主要是通过程序编写对检测信息进行分析和处理，并作出相应的指令，控制和改变玩具电动车的行为。各个模块上，控制流程分别为电机流程、避障流程、循迹流程。 综上所述，具有高科技含量的智能化玩具是我国玩具产业的重要发展项目。单片机作为智能化核心控制器，对玩具产业的技术改造以及提高玩具智能化水平有很大推动作用。 参考文献：
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[1]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. [2]吴赛燕. 智能玩具电动车设计方案研究[J]. 电子技术与软件工程，2015（18）：261. 作者简介：王海（1980- ），男，吉林白城人，南通航运职业技术学院管理信息系讲师，硕士研究生。