智能玩具车的设计与实现

| Techniques of Automation & Applications

174智能玩具车的设计与实现

汪 媛

(武昌首义学院,湖北 武汉 430064)

摘 要:系统以S T C89C51单片机为控制核心,实现玩具车的自循迹、前进、后退、左转、右转及状态显示等功能。系统由

L293D 电机驱动模块、红外传感器模块、电源模块、L E D 模块等组成,通过红外反射式传感器检测路面信息,单片机内部程序判断后输出PWM 信号来控制玩具车左右轮电机的转动运行,实现玩具车自动循迹功能;通过软件编程控制小车实现前、后、左、右、加减速和车灯闪烁。实验证明,玩具车结构简单,运行稳定,响应速度快,能沿着引导轨迹自动行驶及正确接收遥控的指令,具有实际应用价值。

关键词:玩具车;单片机;电机驱动;红外传感器;自循迹

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1003-7241(2018)11-0174-04

Design and Realization of the Intelligent Toy Car

WANG-Yuan

( Wuchang Shouyi University, Wuhan 430064 China )

Abstract: The design of intelligent toy car is composed of STC89C51 SCM, it has functions of self-tracking, going forward, going

backward, turning left, turning right, status display and so on. The system is composed of L293D motor driver module, infrared sensor module, power module, LED display module etc. The road information is detected by infrared reflection sensor, the SCM control the toy car rotating operation of left and right wheel motors through the PWM signal to realize the function of self-tracking, to achieve the function of going forward, going backward, turning left, turning right and status display through software programming. Test result shows that the toy car has simple structure, good performance, quick response, can travel automatically along the lead trajectory and receive remote instructions correctly. The system has practical application value.

Key words: toy car; SCM; motor drive; infrared sensor; self-tracking

收稿日期:2017-09-05

1 引言

玩具是儿童生活中不可缺少的一部分,随着时代的发展, 人们对玩具的要求也越来越高,传统的简易玩具已经无法满足儿童的需求。由于单片机具有功能强大、小型轻量、价格便宜等特点,所以出现了越来越多以单片机为控制核心的智能玩具, 这些新型的智能玩具不仅增强了玩具的趣味性,而且对培养儿童的探索精神有很强的促进作用[1]。因此, 新型化、智能化玩具的研制有很广阔的发展空间。

系统采用STC89C51单片机作为路面信息检测、输入信号处理和电机控制的核心,根据电路功能设计车体,2个直流电机作为主驱动,附加相应的电源电路和下载电路构成整体电路。系统使用红外线传感器装置,通过红

外线发出信号来进行前、后、左、右操作。由单片机控制驱动芯片L293D 驱动玩具车的电机,并用PWM 技术对电机的速度进行调节和控制,实现对玩具车的控制。

2 硬件电路设计

2.1 直流调速电路的设计

PWM 技术俗称脉冲宽度调制,它是通过调节开关固定频率的直流电源电压的脉宽(占空比)来改变负载两端电压的平均值从而达到控制的一种调整电压的方法[2]。PWM 技术的主要目的是改变直流电机的电压,调速使用的芯片是L293D,利用它来调节占空比,其结构图如图1所示。

图1中INPUT 端口和单片机的输出端口相连,ENA 和E N B 端口是两个直流电机的使能端,通过单片机来

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对ENA 和ENB 端口在一定时间控制其通断来控制直流电机的输出电压。在单位时间内导通的时间越长,则直流电机两端的输出电压也越大,直流电机的转速也越快。

图1 L293D 结构图

2.2 信号检测模块

在红外线遥控系统中,CPU 接收信号发射器产生的二进制代码,然后将遥控器上的键码和解码值一一对应。在遥控器上按下键码时,遥控器会产生相应的遥控信号,遥控编码脉冲在对产生的信号进行调制后才产生遥控的最终信号[3],然后将信号经驱动电路通过红外发射管发射出去。

图2 红外线接收装置

图3 循迹装置原理图

红外线遥控部分,包括接收装置和发射装置。发射装置可以选择市面上的红外遥控,红外遥控器只要知道每个键值的键码就可以把接收到的遥控键码值根据需要分配不同的功能,红外线接收装置如图2所示,图2中I R 是串行传送的,它将接收的信号串行发送给单片机,单片机根据接收到的信号在进行下一步操作。

循迹电路是利用一对红外线接收和发射装置实现,如图3所示,工作原理是利用V5和V6发射红外线信号,而V2和V3则接收反射回来的红外信号,当所发的信号被黑色线路吸收时,则V2和V3截止,传递给单片机的信号则是高电平;当V2和V3接收到反射来的红外线时,则V2和V3导通,发送给单片机的信号则是低电平。

2.3 显示电路

显示模块是用于显示玩具车的运行状态,主要使用的是L E D 发光二极管,显示模块的数据输入是主控模块发送的,主控在控制小车的各种运行状态中,把小车的各种状态进行分析,然后再把数据传输给显示模块。

2.4 电源电路

由于单片机的电压是5V,普通干电池的电压为1.5V,可以使用集成电压变换芯片7805将9V 电压转换为5V

电压,7805芯片能够输出的电压范围为4.8V 到5V 的电压,它输出的电流不超过1.5A。将6节干电池串联,然后经过电压变换可获得5V 电压。

3 玩具车软件设计

3.1 玩具车方向控制设计

图4 红外线工作流程图

图5 方向控制流程图

在进行方向操作时,玩具车处于初始的禁止状态。当红外线要控制玩具车时,工作过程如图4所示。在方向控制的过程中首先要解决的问题是信号接收,由于本

次设计的控制器件是红外线遥控器,

所以要判断信号。

在软件中

,会给前后左右编写不同的键码,如果单片机