简易智能电动小车设计

1 引言

随着我国经济不断地发展，电子科学技术有了显著的提高，出现了大量的新型电子元器件，电子产品的种类和功能也更加多样化已拥有较大的市场。由于我国对人口数量的不断控制，独生子女的数量越来越多，很多家长更加重视孩子的成长和教育，玩具产品成为新世纪孩子童年不可缺少的伙伴，使玩具产品发展迅速已占据国内较大的消费市场。

目前，国内的电子技术有了迅猛的发展，单片机、传感器和大规模集成电路的出现已可以解决了玩具成本过高的问题。但是由于目前的玩具车还存在可靠性比较差，功能比较单一和成本比较高等问题，还难以在全国范围内进行普及，只能满足少数家庭孩子的需求。因此，有必要开发一种面向更多家庭孩子的多功能低价位的玩具小汽车，以满足更多孩子们的需求。

玩具智能化成为玩具行业的发展新趋势。高科技智能化玩具不仅满足了儿童的好奇心，加强了孩子和玩具的互动，同时也激发了孩子的求知欲。玩具企业将计算机、电子、通讯等领域内的先进技术“嫁接”到玩具产品中，突破了传统玩具的局限性，赋予玩具“听”、“说”功能，与人进行互动。智能化玩具的形式多样、内容丰富、寓知于乐，可以与孩子们进行“情感”交流，进而培养孩子良好的习惯，并在愉悦中学习、体会生活，真正达到寓教于乐的目的。而且玩具已经不在仅是儿童的专利。

2 传感器的历史发展及应用

2.1 传感器的发展历史

传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。美、日、英、法、德和独联体等国都把传感器技术列为国家重点开发关键技术之一。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的22项技术中有６项与传感器信息处理技术直接相关。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。

80 年代是机器人触觉传感技术研究、发展的快速增长期. 此期间对传感器设计、原理和方法作了大量研究, 主要有电阻、电容、压电、热电、磁、磁电、力、光、超声和电阻应变等原理和方法。开始了对检测接触点和区域、接触截面形状、

压力分布的触觉阵列的研究. 研制出了能检测对象形状、尺寸、有无、位置、作用力模式和温度的传感器.

90 年代对触觉传感技术的研究继续保持增长,并多方向发展. 按宽的分类法, 有关触觉研究的文献可分为: 传感技术与传感器设计、触觉图像处理、形状辨识、主动触觉感知、结构与集成. 这个时期的研究还可按不同方式分类。

2.2 传感器的应用

随着机器人技术的发展和对智能机器人的认识, 近年来与触觉技术相关的方

面都已充分为人们所关注, 触觉传感技术研究内容已非常丰富且具有成效. 即使

最受关注的触觉传感器设计研制也从单纯的传感器研究发展成为对涉及触觉传感、控制、信息处理等较复杂的系统及其过程的研究.

90 年代以来机器人技术的发展以向智能化方向发展为重要标志, 呈现出

一些新特点和趋势. 例如传感型智能机器人发展加快, 微型机器人的研究有所突破, 新型智能技术不断开发, 应用领域向非制造业和服务业扩展等.

随着现代测量、控制和自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视。特别是近年来，由于科学技术、经济发展及生态平衡的需要，传感器在各个领域中的作用也日益显著。在微型计算机广为普及的今天，如果没有各种类型的传感器提供可靠、准确的信息，计算机控制就难以实现。因此，近几年来传感器技术的应用研究在许多工业发达的国家中已经得到普遍重视。近几年来，由于半导体技术已进入了超大规模集成化阶段，各种制造工艺和材料性能的研究已达到相当大的水平。这为传感器的发展创造了极为有利的条件。

2.3 传感器的分类

可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物

理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

目前对传感器分类方法比较常用的有如下三种：

１、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。

２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。

３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。

2.4 传感器的性质

传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、分辨力和迟滞等。

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。

灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。

分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。

电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。

迟滞特性表征传感器在正向（输入量增大）和反向（输入量减小）行程间输出-一输入特性曲线不一致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值△MAX与满量程输出F·S的百分比表示。

3 555集成定时器的应用

3.1 555集成定时器的实验原理

555 定时器是模拟—数字混合式集成电路，利用它可以方便地构成脉冲产生、整形电路和定时、延时电路。具有功能强，使用灵活、方便等优点，在数字设备、工业控制、家用电器、电子玩具等许多领域都得到了广泛的应用。