胡艷艷

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于單片機的智能玩具電動車的設(shè)計與實現(xiàn)

胡艷艷

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文設(shè)計的基于單片機的智能玩具小車涉及到了硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計。而且在硬件設(shè)計電路中實現(xiàn)了信號檢測電路以及電源電路等，介紹了玩具車的運行原理。以目前的玩具小車為基礎(chǔ)，添加了多種傳感器，比如紅外傳感器，通過傳感器所形成的信號檢測電路對小車的軌跡情況中的數(shù)據(jù)以及運行的位置，速度等數(shù)據(jù)信息檢測。

單片機 智能玩具 紅外傳感器

1 智能玩具電動小車技術(shù)

隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人工智能的進步，玩具小車的發(fā)展方向?qū)崿F(xiàn)了向智能化的改變。關(guān)于智能玩具電動小車的控制系統(tǒng)中主要的組成部分有傳感以及自動控制方面的技術(shù)以及人工智能等，作為綜合系統(tǒng)中的一種能玩具電動小車的控制方式可以采用單片機的方式，也可以是采用光學(xué)傳感器的方式，其次還包括了通過語音進行控制。

2 信號檢測電路設(shè)計

作為自動檢測技術(shù)與自動轉(zhuǎn)換結(jié)合的一門技術(shù)，檢測技術(shù)的主要目標(biāo)是提取自動檢測系統(tǒng)里面的信息以及對這些信息進行轉(zhuǎn)換和處理信息的過程。檢測技術(shù)在很多的領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，在多個領(lǐng)域中檢測技術(shù)充當(dāng)著重要的作用。其中傳感器在檢測技術(shù)中有著重要的地位，傳感器相當(dāng)于人類的五官，人類對一些外在事物的感知都是通過五官得到的，而傳感器是智能玩具車感知外在環(huán)境不可獲缺的器件。如果缺少了傳感器就很難做到自動化，也就無法實現(xiàn)所謂的自動控制。

自動檢測技術(shù)和自動診斷以及自動報警技術(shù)都有著直接相連的關(guān)系，在自動計量以及自動管理中離不開自動檢測技術(shù)，自動檢測技術(shù)的意義十分重大。尤其隨著最近幾年傳感器和微型計算機之間已經(jīng)實現(xiàn)了很好地結(jié)合以后，在智能化的裝置中附帶著微處理器技術(shù)已經(jīng)越發(fā)成熟，而且也做到了將自動控制運用到現(xiàn)實的生產(chǎn)過程中，最終使得勞動生產(chǎn)率得到很大程度的提高，從而實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，以及勞動強度的降低，并且勞動條件也得到了大大地改善。

3 主控電路設(shè)計

3.1 STC89C51單片機硬件結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計的基于單片機的智能玩具車，所選擇的單片機的型號是STC89C51，是該單片機是8位低電壓中的一種，而且性能方面很高，是一種CMOS的單片機，單片機中有著隨機存取數(shù)據(jù)存儲器以及只讀程序存儲器，只讀程序存儲器的容量大小是8Kbytes的，而且該只讀程序存儲器是能夠?qū)崿F(xiàn)反復(fù)擦寫的，隨機存取數(shù)據(jù)存儲器的容量大小是256bytes。STC89C51芯片是來自ATMEL公司，在STC89C51生產(chǎn)的過程中運用到的技術(shù)包括了非易失性存儲技術(shù)以及高密度技術(shù)等。

STC89C51的指令系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51是相互兼容的，而且引腳也是與8052相互兼容的。其中在芯片的里面會存在著中央處理器，該中央處理器是8位的，以及相關(guān)的存儲單元。在很多場合中都會用到STC89C51單片機，尤其是控制起來比較復(fù)雜的應(yīng)用場合。

3.2 紅外檢測電路設(shè)計

本文設(shè)計的智能玩具車中設(shè)計了紅外檢測電路，該電路用到了紅外傳感器，紅外傳感器是由紅外對管形成的，紅外對管電路圖如圖1所示。

圖1 紅外對管電路

設(shè)計的智能玩具小車的前面和周圍會增加三對完全一樣的紅外對管，該紅外對管的作用主要是為了對行駛路線所在的前方以及周圍的障礙信號進行檢測，其中紅外對管中都會連接著接收管和發(fā)射管，當(dāng)在紅外線通過發(fā)射管實現(xiàn)紅外線發(fā)射的過程中假如發(fā)現(xiàn)了前面或者周圍出現(xiàn)了障礙物，那么接收管就會接收到反射回來的光信號，如果沒有遇到障礙物，信號就會被吸收。當(dāng)進行電路的檢測過程中，如果發(fā)現(xiàn)障礙物的接收管沒有導(dǎo)通，那么電平的輸出值就是高電平，如果接收是導(dǎo)通的，那么電平的輸出值就是低電平。根據(jù)接收到的電平值得不同，單片機會對小車的行駛路線起到直接的決定性作用。在對障礙進行檢測的過程中離不開紅外對管的支持，該紅外對管是安裝在小車的正前方，如果來自小車前面所發(fā)射出來的紅外光線被直接反射回來的話，這就表明了小車的前面是存在障礙物的，這個時候小車就會根據(jù)障礙物的位置做出不同的路線反應(yīng)。

3.3 電源電路設(shè)計

本文設(shè)計的智能玩具車的工作電壓選擇的是+5V，其中每一節(jié)電池本身的電壓值是1.5V，所以如果小車上所用的電池有4節(jié)，那么工作電壓就是6V，那么7805的穩(wěn)壓芯片就是必須的。L7805芯片所給予的電流值是低于1.5A的，該電流能夠完全達(dá)到芯片供電的需求。即使微處理器以及微控制器中不用到支持電路，而且功率損耗也比較低，然而這些因素還是需要考慮的。考慮到直流電機的額定電壓比較大而且額定電流也很大的因素，供電電壓選擇能夠選擇9V，而且不需要進行降壓處理，其中的電機驅(qū)動的電源是通過該電壓實現(xiàn)的。電源穩(wěn)壓電路如圖2所示。

圖2 電源穩(wěn)壓電路

4 軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軟件控制系統(tǒng)中主要分為數(shù)據(jù)處理以及過程控制。其中的數(shù)據(jù)處理能夠?qū)崿F(xiàn)采集數(shù)據(jù)以及數(shù)字濾波等。而過程控制的含義指的是根據(jù)特定的算法，實現(xiàn)計算后再輸出數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)生產(chǎn)控制。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

具體的工作流程總結(jié)為：

先是初始化單片機的上電，接著就會檢測，隨后按照需求的不同進一步做出處理，其中的具體處理包括了串口通信處理以及正常和故障處理等。所謂的串口通信處理指的是與參數(shù)配置界面實現(xiàn)交互數(shù)據(jù)，實現(xiàn)配置系統(tǒng)操作控制所涉及的參數(shù)。所謂的故障處理指的是當(dāng)對系統(tǒng)上電進行檢測的時候，如果發(fā)現(xiàn)了故障的情況所做出的處理。當(dāng)設(shè)計系統(tǒng)軟件的時候，需要將整個控制系統(tǒng)進行拆分，分成多個子模塊，其中的每一個子模塊可以稱為是控制模塊。模塊指的是一個小程序段，該小程序段的目的是實現(xiàn)特定的功能而設(shè)定的。控制自動生產(chǎn)的時候就需要檢測生產(chǎn)的運行狀態(tài)。而且將生產(chǎn)過程中所涉及到的數(shù)字信號，脈沖信號輸入系統(tǒng)中，輸入的模擬信號不同，會導(dǎo)致傳感器接收后所形成的數(shù)字信號也不同，信號特征如表1所示。

表1 數(shù)字信號特征表

5 結(jié)語

現(xiàn)今很多的玩具電動小車的運行軌跡是直線的，也有的是自帶開環(huán)進行控制的，玩具小車通常的功能主要包括了前移、后退、轉(zhuǎn)彎，左移右移等。而且還可以顯示出當(dāng)前所運動所處的狀態(tài)。智能玩具電動小車的功能能夠依據(jù)環(huán)境的不同而做出不通過的感知做出反應(yīng)，同時還能夠通過不同的行為控制不同的動作。

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