智能玩具电动车的设计
近年来，嵌入式技术、自动检测技术、微电子技术等技术的发展日新月异。受此影响，在儿童玩具这一领域中，玩具产品的智能化正渐渐成为一种主流。作为玩具产品中最常见的产品之一，玩具车也不可避免的朝着智能化的方向发展。本文设计的玩具电动车是基于STC89C52单片机。通过单片机接收来自各种传感器的信号然后发送控制信号给L298N电机驱动模块来控制直流电机的运转。本文设计的玩具电动车具有循迹、避障和测距的功能。本次设计以普通的小车底座为基础，然后在小车底座上安装各种传感器和必要的检测电路。传感器接收到各种信号后通过检测电路发送给单片机进行处理，然后单片机发送控制信号给L298N电机控制模块从而控制两个直流电机的运转。关键词 玩具电动车，智能化，STC89C52单片机目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 玩具电动车总体方案设计 2
3 系统方案比较与设计 3
3.1 主控模块 3
3.2 循迹模块 4
3.3 避障模块 5
3.4 电机驱动模块 5
3.5 显示模块 6
3.6 电源 6
4 硬件电路设计 6
4.1 主控模块电路设计 6
4.2 循迹模块电路设计 9
4.3 避障模块电路设计 11
4.4 电机驱动模块电路设计 11
4.5 液晶显示模块电路设计 13
4.6 电源模块电路设计 16
5 系统软件设计 16
5.1 软件结构分析 16
5.2 系统软件流程图 17
6 系统安装与调试 19
6.1 系统功能调试 19
6.2 系统存在问题 20
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 整体电路原理图 24
附录B 部分源程序代码 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
与调试 19
6.1 系统功能调试 19
6.2 系统存在问题 20
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 整体电路原理图 24
附录B 部分源程序代码 25
1 绪论
1.1 研究背景和意义
近年来，嵌入式技术、自动检测技术、微电子技术等技术的发展日新月异。受此影响，在儿童玩具这一领域中，玩具产品的智能化正渐渐成为一种主流。2010年全球的智能玩具销售额只有100亿美元，到了2011年，仅仅在美国一个国家的玩具市场上智能玩具的销售收入就达到了115亿美元[1]，而在最近几年，全球智能玩具销售额更是突破了一千亿美元。毋庸置疑，智能玩具的发展潜力非常巨大，其较低的成本和较高的利润正吸引着越来越多的玩具企业投资这一领域。中国的智能玩具市场虽然近几年才刚刚起步，但中国玩具市场庞大的儿童数量、较低的人均玩具消费水平和高速发展的经济水平都暗示着智能玩具市场在中国有着巨大的发展空间。
智能玩具有很好的市场前景，并且智能玩具的智能化和功能的多样化比起传统的玩具对儿童成长的重要性更大，所以作为智能玩具之一的智能玩具电动车更能得到儿童和父母消费者的青睐。基于单片机设计的智能玩具电动车具有体积小、成本低、功耗低、功能多和可编程的优点，能充分满足儿童玩具消费者的需求。同时选择单片机来设计智能玩具电动车，可以把学过的单片机原理、传感器技术、自动检测技术等课程的知识灵活运用，通过实践让自己对单片机有一个更深的认识。
1.2 国内外研究现状
一、国外玩具电动车的研究现状
国外的智能玩具领域起步较早，智能玩具的种类丰富功能多样，其智能化的程度很高。最早的智能玩具车的雏形是由德国人赫尔曼在1963年提出，这种玩具车是一种遥控轨道赛车玩具，具有遥控和变速的功能，虽然其智能化的程度不高，但为日后智能玩具车的快速发展奠定了基础。半个世纪后的今天，国外智能玩具车的智能化程度已经非常高。Anki是美国的一家人工智能科技公司，2013年该公司旗下的一款智能玩具赛车Anki Drive在苹果WWDC上大放异彩。Anki Drive在外观上和四驱车区别不大，但所能实现的功能远远超过普通遥控四驱车。Anki Drive内部搭载了光学传感器和数据处理器来检测和处理各种信号数据，其主控制器部分是一个性能优秀的AI组件[1]。Anki Drive能以500次/S的速率实时查看和更新在跑道上自己和其他玩家的玩具赛车的位置，并通过无线传输装置把数据发送到对应玩家的iPhone上。Anki Drive能够自动识别跑道和其他玩家的赛车，玩家只需使用iPhone调整赛车的行驶速度和行驶方向，就能实现超车、撞击其他玩家赛车的操作。Anki Drive还配备了电子武器，玩家可以通过iPhone操作这些电子武器攻击轨道上的其它玩具赛车，使它们暂时陷入瘫痪状态。每辆车都可以安装一个武器和一项特殊能力，并且两者都能够在比赛胜出后得到永久性的升级，玩具赛车的武器和特殊能力资料都储存在赛车内置的存储器中。法国的Parrot公司在2014年的CES上发布了旗下首款车类智能玩具Jumping sumo。这款智能玩具车除了自动导向和避障的功能外，最大的卖点就是该车配备640*480的摄像头，除了能在智能设备上实时监控外（通过Wi-Fi进行数据传输，该车可自行生成Wi-Fi(AC)2.4或5Ghz无线网络），还支持拍照和录像的功能。
国内玩具电动车的研究现状
相较于国外智能玩具的百花齐放，国内智能玩具领域起步较晚，技术手段较为落后，智能玩具的种类比较单一，智能化的程度也较低。但随着国内智能玩具市场的发展，国内也渐渐涌现出一批智能玩具厂商，如环奇、信宇、奥飞动漫等。目前国内智能玩具的重点，是以智能语音互动为核心的早教机，相对而言智能玩具电动车的所占比重较小，智能玩具车的智能化程度也较低。环奇旗下的遥控坦克模型玩具车可通过遥控装置进行玩具车的行驶、变速、转向、测距等基本功能，但并不具备自动导向、数据计算存储等高端技术，智能化程度远不及国外智能玩具车产品。国内智能玩具车的水平和国外有着很大的差距，智能玩具车领域的发展任重道远。
2 玩具电动车总体方案设计
本次设计硬件部分由STC89C52单片机最小系统、L298N电机驱动模块、超声波壁障模块、5路循迹模块、液晶显示模块和电源模块组成。软件部分使用C语言编程，在Keil uVision4软件上编译、链接无误后通过仿真器下载到单片机中从而实现玩具车的运行和功能实现。通过5路循迹模块实时检测黑线跑道并把数据传输给单片机，单片机接收来自5路循迹模块的信号后发送控制信号到L298N电机驱动模块来自主调整小车的前进方向。当超声波模块检测到前方20厘米范围内有障碍物时，小车掉转方向继续沿着黑线跑道行驶，同时小车会把离前方障碍物的距离显示在LCD1602液晶上。智能玩具电动车的总体结构框图如图2-1所示。
图2-1 系统总体结构框图
3 系统方案比较与设计
3.1 主控模块
方案1：使用CPLD（复
1 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
2 玩具电动车总体方案设计 2
3 系统方案比较与设计 3
3.1 主控模块 3
3.2 循迹模块 4
3.3 避障模块 5
3.4 电机驱动模块 5
3.5 显示模块 6
3.6 电源 6
4 硬件电路设计 6
4.1 主控模块电路设计 6
4.2 循迹模块电路设计 9
4.3 避障模块电路设计 11
4.4 电机驱动模块电路设计 11
4.5 液晶显示模块电路设计 13
4.6 电源模块电路设计 16
5 系统软件设计 16
5.1 软件结构分析 16
5.2 系统软件流程图 17
6 系统安装与调试 19
6.1 系统功能调试 19
6.2 系统存在问题 20
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 整体电路原理图 24
附录B 部分源程序代码 25
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
与调试 19
6.1 系统功能调试 19
6.2 系统存在问题 20
结 论 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
附录A 整体电路原理图 24
附录B 部分源程序代码 25
1 绪论
1.1 研究背景和意义
近年来，嵌入式技术、自动检测技术、微电子技术等技术的发展日新月异。受此影响，在儿童玩具这一领域中，玩具产品的智能化正渐渐成为一种主流。2010年全球的智能玩具销售额只有100亿美元，到了2011年，仅仅在美国一个国家的玩具市场上智能玩具的销售收入就达到了115亿美元[1]，而在最近几年，全球智能玩具销售额更是突破了一千亿美元。毋庸置疑，智能玩具的发展潜力非常巨大，其较低的成本和较高的利润正吸引着越来越多的玩具企业投资这一领域。中国的智能玩具市场虽然近几年才刚刚起步，但中国玩具市场庞大的儿童数量、较低的人均玩具消费水平和高速发展的经济水平都暗示着智能玩具市场在中国有着巨大的发展空间。
智能玩具有很好的市场前景，并且智能玩具的智能化和功能的多样化比起传统的玩具对儿童成长的重要性更大，所以作为智能玩具之一的智能玩具电动车更能得到儿童和父母消费者的青睐。基于单片机设计的智能玩具电动车具有体积小、成本低、功耗低、功能多和可编程的优点，能充分满足儿童玩具消费者的需求。同时选择单片机来设计智能玩具电动车，可以把学过的单片机原理、传感器技术、自动检测技术等课程的知识灵活运用，通过实践让自己对单片机有一个更深的认识。
1.2 国内外研究现状
一、国外玩具电动车的研究现状
国外的智能玩具领域起步较早，智能玩具的种类丰富功能多样，其智能化的程度很高。最早的智能玩具车的雏形是由德国人赫尔曼在1963年提出，这种玩具车是一种遥控轨道赛车玩具，具有遥控和变速的功能，虽然其智能化的程度不高，但为日后智能玩具车的快速发展奠定了基础。半个世纪后的今天，国外智能玩具车的智能化程度已经非常高。Anki是美国的一家人工智能科技公司，2013年该公司旗下的一款智能玩具赛车Anki Drive在苹果WWDC上大放异彩。Anki Drive在外观上和四驱车区别不大，但所能实现的功能远远超过普通遥控四驱车。Anki Drive内部搭载了光学传感器和数据处理器来检测和处理各种信号数据，其主控制器部分是一个性能优秀的AI组件[1]。Anki Drive能以500次/S的速率实时查看和更新在跑道上自己和其他玩家的玩具赛车的位置，并通过无线传输装置把数据发送到对应玩家的iPhone上。Anki Drive能够自动识别跑道和其他玩家的赛车，玩家只需使用iPhone调整赛车的行驶速度和行驶方向，就能实现超车、撞击其他玩家赛车的操作。Anki Drive还配备了电子武器，玩家可以通过iPhone操作这些电子武器攻击轨道上的其它玩具赛车，使它们暂时陷入瘫痪状态。每辆车都可以安装一个武器和一项特殊能力，并且两者都能够在比赛胜出后得到永久性的升级，玩具赛车的武器和特殊能力资料都储存在赛车内置的存储器中。法国的Parrot公司在2014年的CES上发布了旗下首款车类智能玩具Jumping sumo。这款智能玩具车除了自动导向和避障的功能外，最大的卖点就是该车配备640*480的摄像头，除了能在智能设备上实时监控外（通过Wi-Fi进行数据传输，该车可自行生成Wi-Fi(AC)2.4或5Ghz无线网络），还支持拍照和录像的功能。
国内玩具电动车的研究现状
相较于国外智能玩具的百花齐放，国内智能玩具领域起步较晚，技术手段较为落后，智能玩具的种类比较单一，智能化的程度也较低。但随着国内智能玩具市场的发展，国内也渐渐涌现出一批智能玩具厂商，如环奇、信宇、奥飞动漫等。目前国内智能玩具的重点，是以智能语音互动为核心的早教机，相对而言智能玩具电动车的所占比重较小，智能玩具车的智能化程度也较低。环奇旗下的遥控坦克模型玩具车可通过遥控装置进行玩具车的行驶、变速、转向、测距等基本功能，但并不具备自动导向、数据计算存储等高端技术，智能化程度远不及国外智能玩具车产品。国内智能玩具车的水平和国外有着很大的差距，智能玩具车领域的发展任重道远。
2 玩具电动车总体方案设计
本次设计硬件部分由STC89C52单片机最小系统、L298N电机驱动模块、超声波壁障模块、5路循迹模块、液晶显示模块和电源模块组成。软件部分使用C语言编程，在Keil uVision4软件上编译、链接无误后通过仿真器下载到单片机中从而实现玩具车的运行和功能实现。通过5路循迹模块实时检测黑线跑道并把数据传输给单片机，单片机接收来自5路循迹模块的信号后发送控制信号到L298N电机驱动模块来自主调整小车的前进方向。当超声波模块检测到前方20厘米范围内有障碍物时，小车掉转方向继续沿着黑线跑道行驶，同时小车会把离前方障碍物的距离显示在LCD1602液晶上。智能玩具电动车的总体结构框图如图2-1所示。
图2-1 系统总体结构框图
3 系统方案比较与设计
3.1 主控模块
方案1：使用CPLD（复
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