玩具車定制，玩具車方案開發(fā)，玩具車研發(fā)設(shè)計(jì)，玩具車方案商

智能玩具對(duì)兒童智力開發(fā)有很好的作用，因此受到了廣大家長(zhǎng)的喜愛。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)車的控制核心，可以提高玩具的智能化水平。
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一、玩具小車方案開發(fā)技術(shù)介紹

單片微型計(jì)算機(jī)(Sin~e?Clip?M?icrocom?puter)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、輸人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。
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智能玩具電動(dòng)車控制系統(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)。控制方式有單片機(jī)控制方式、光學(xué)傳感器控制方式、語音控制方式等。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。
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智能玩具電動(dòng)車以單片機(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)萬向輪，用來保持平衡。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)車的轉(zhuǎn)向。玩具電動(dòng)車底盤兩側(cè)分別安裝兩個(gè)紅外傳感器，當(dāng)電動(dòng)車其中一側(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)車向此側(cè)修正。玩具電動(dòng)車通過前端三個(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。將二極管和語音播報(bào)功能加入到智能玩具電動(dòng)車設(shè)計(jì)中，就可以將電動(dòng)車的行駛狀態(tài)等信息以語音、發(fā)光的形式表現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)玩具電動(dòng)車的智能化控制。
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3.1電動(dòng)玩具車硬件系統(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)車多采用STC89C?51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)車的底盤。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LM?32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，通過單片機(jī)的I/0輸入改變控制端的電平，可以控制電動(dòng)車向前、后、左、右四個(gè)方向行駛，避開障礙物。

(5)電源部分。電源是整個(gè)智能電子玩具電動(dòng)車設(shè)計(jì)的重要部分。電源為電動(dòng)車正常使用提供電能，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，語音播報(bào)部分所需電壓為3.3V。

(6)語音播報(bào)部分。語音播報(bào)部分的功能是將智能玩具電動(dòng)車正在發(fā)生的狀態(tài)通過語音提示的形式展現(xiàn)出來。采用一種永久記憶型語音錄放電路，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)十萬次。將語音錄制完成儲(chǔ)存于芯片中，當(dāng)電動(dòng)車發(fā)生不同的動(dòng)作時(shí)，就可以播報(bào)出相應(yīng)的語音信息。
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3.2智能玩具小車軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)主要是通過程序編寫對(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。
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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，基于單片計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字化智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的用，而直流伺服電機(jī)在智能控制裝置的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中一直充當(dāng)著重要的角色，根據(jù)一款智能玩具小車控制器的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部分的硬件和軟件設(shè)計(jì)，介紹一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)在智能玩具中的編程應(yīng)用方法。
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4.1智能玩具車硬件設(shè)計(jì)

智能玩具控制器的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案采用“MCU+感知系統(tǒng)+執(zhí)行機(jī)構(gòu)”的框架，因本文主要介紹其執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，故不涉及到感知系統(tǒng)中的外部數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
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4.2智能玩具車軟件設(shè)計(jì)

直流伺服電機(jī)的控制程序采用C語言編程實(shí)現(xiàn)，控制程序的基本原理是根據(jù)具體電機(jī)的控制時(shí)序，對(duì)單片機(jī)編程，使之輸出符合電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律的控制波形，本系統(tǒng)所使用的直流伺服電機(jī)采用的是PARALLAX公司生產(chǎn)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，它有三條控制線，分別為：電源、地線及控制線，電源線與地線用于提供內(nèi)部的電機(jī)及控制線路所需的能源，控制信號(hào)要求是一個(gè)周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間通常在1ms—2ms之間，而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms到20ms之間。的控制信號(hào)時(shí)序是：低電平時(shí)間固定為20ms，高電平為1.3ms-1.7ms之間，該伺服電機(jī)的控制信號(hào)要求用具體的信號(hào)波形描述如下。
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上面給出了伺服電機(jī)在停止，全速正轉(zhuǎn)和全速反轉(zhuǎn)三種旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制信號(hào)波形，在1.3ms-1.5ms-1.7ms時(shí)間范圍內(nèi)改脈沖寬度，還可以獲得控制伺服電機(jī)不同旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的各種波形，根據(jù)上述時(shí)序要求，確定電機(jī)的基本控制函數(shù)的編程流程圖。
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有了基本控制函數(shù)流程圖，再結(jié)合玩具小車的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不難編制出控制智能玩具小車實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎以及加減速的控制子函數(shù)。
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4.3智能玩具小車系統(tǒng)運(yùn)行和調(diào)試

（1）運(yùn)行程序：根據(jù)硬件電路設(shè)計(jì)要求在智能玩具小車控制器的外接連接伺服電機(jī)，編譯程序，將產(chǎn)生的可執(zhí)行文件燒寫到控制器上的單片機(jī)程序存儲(chǔ)器，然后開機(jī)運(yùn)行，具體操作步驟如下：

步驟1：?jiǎn)?dòng)Keil?uVision2IDE，完成對(duì)控制程序的編輯、編譯和調(diào)試，產(chǎn)生可執(zhí)行的HEX文件。

步驟2：將ISP下載線一端連接到PC機(jī)的并行接口上，另一端（小端）連接到智能玩具小車控制器的程序下載端口上，打開ISP下載軟件將步驟1獲得的HEX文件下載到智能玩具小車控制器的單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，開啟控制器電源，運(yùn)行程序。

觀察伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，同時(shí)用示波器測(cè)量單片機(jī)輸出控制信號(hào)的引腳，可測(cè)出使伺服電機(jī)不同控制程序所對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形。

（2）對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定：在上述系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，可能發(fā)現(xiàn)伺服電機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況并非完全與控制程序相符，這是因?yàn)檫€未對(duì)直流伺服電機(jī)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。
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所謂伺服電機(jī)零點(diǎn)標(biāo)定是指當(dāng)發(fā)送一個(gè)使伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的控制信號(hào)給伺服電機(jī)時(shí)，讓電機(jī)保持靜止不動(dòng)的過程，伺服電機(jī)在出廠時(shí)沒有預(yù)先標(biāo)定，因此需要調(diào)整。具體做法是：將使電機(jī)轉(zhuǎn)速為零的控制程序加載到單片機(jī)程序存儲(chǔ)器，開機(jī)運(yùn)行，若電機(jī)有旋轉(zhuǎn)，說明未標(biāo)定，用螺絲刀調(diào)整伺服電機(jī)上的電位器，同時(shí)觀察電機(jī)的旋轉(zhuǎn)情況，直到電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，表明已經(jīng)標(biāo)定。
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電機(jī)標(biāo)定后，用各種伺服電機(jī)控制信號(hào)測(cè)試電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和速度，觀察電機(jī)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的不同旋轉(zhuǎn)方向和速度的控制。
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總結(jié)
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在實(shí)際調(diào)試中，在軟件的控制下，直流伺服電機(jī)基本能夠驅(qū)動(dòng)玩具小車完成動(dòng)作要求，但有兩個(gè)問題需要作進(jìn)一步討論。

首先，在硬件連接中，因?yàn)樗欧姍C(jī)安裝在車架上的朝向剛好相反，其中一個(gè)電機(jī)如果原來是正轉(zhuǎn)，那么掉轉(zhuǎn)朝向之后就變成了反轉(zhuǎn)，所以要使兩個(gè)電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)輪子朝一致的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以在軟件控制的配合上就必須讓兩個(gè)伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橐徽环础?br/>?

其次，因?yàn)槭艿絾纹瑱C(jī)的編程限制，兩個(gè)電機(jī)的控制脈沖并沒有在時(shí)間上保持絕對(duì)的同步，這樣看起來似乎一個(gè)電機(jī)要先動(dòng)作，而另一個(gè)電機(jī)稍微有點(diǎn)滯后，并且由此引起的低電平持續(xù)時(shí)間也不再是時(shí)序圖規(guī)定的20ms，不過這點(diǎn)小誤差在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中的影響可以被忽略。
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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。
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以上就是我們深圳市組創(chuàng)微電子有限公司為您介紹的智能玩具小車方案詳情。如果您有電動(dòng)玩具車開發(fā)需求，可以放心交給我們，我們有豐富的電子產(chǎn)品定制開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可以盡快評(píng)估開發(fā)周期與IC價(jià)格，也可以核算PCBA報(bào)價(jià)。我們是多家國(guó)內(nèi)外芯片代理商：松翰、應(yīng)廣、杰理、安凱、全志、realtek，有MCU、語音IC、藍(lán)牙IC與模塊、wifi模塊。我們的開發(fā)能力涵蓋了PCB設(shè)計(jì)、單片機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙技術(shù)開發(fā)、軟件定制開發(fā)、APP定制開發(fā)、微信公眾號(hào)開發(fā)等軟硬件設(shè)計(jì)。還可以承接智能電子產(chǎn)品研發(fā)、家用電器方案設(shè)計(jì)、美容儀器開發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、智能家居方案設(shè)計(jì)、TWS耳機(jī)開發(fā)、藍(lán)牙耳機(jī)音箱開發(fā)、兒童玩具方案開發(fā)、電子教育產(chǎn)品研發(fā)。

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