教育智能硬件
遙控車藍牙控制板方案開發(fā)
一、智能玩具電動車設計所用的技術
1.1單片機技術
單片微型計算機（Single Clip Microcomputer），主要是由中央處理器、只讀存儲器、隨機存儲器、定時/計數器和輸入輸出接口電路等組成的，將這些不同功能的單元部件集成在同一塊芯片上，即可構成一個完整的微型計算機系統(tǒng)。
單片機發(fā)展迅速，各種高性能單片機不斷發(fā)展起來。迄今為止，適用于不同領域要求的單片機相繼出現。其特點是運算速度快，存儲容量大，運算能力強。類型有通用型和專用型。單片機的特點決定了它的應用范圍非常廣泛，單片機已經成為農業(yè)、工業(yè)、國防、教育、科研和日常生活等各個領域的智能工具。
1.2智能玩具電動車技術
隨著計算機科學、傳感器技術、人工智能技術和其它相關學科領域的飛速發(fā)展，電動玩具車正向著智能化控制的方向發(fā)展。智能電動車控制系統(tǒng)包含了計算機控制技術、傳感器技術、機械工程和人工智能等多方面的學科知識，可以說它是一個綜合的控制系統(tǒng)，它不僅包含有單片機控制的方式，還有光學傳感器控制方式，有的甚至還有語音控制方式等。其總體功能是可以進行對外界環(huán)境的感知，還可以進行動態(tài)分析以及決策，并進一步展開行為控制和執(zhí)行等等。
二、智能玩具車總體設計方案
2.1智能玩具車系統(tǒng)整體框圖
根據設計思路的要求，采用單片機控制，設計出如圖1所示系統(tǒng)整體框圖，主要包括主控、檢測、避障、電機驅動和顯示等模塊。
2.2玩具車各個模塊的設計與分析
（1）主控模塊：現在一般具有智能功能的電子產品均是采用單片機作為主要控制器，但是現在單片機產品種類繁多，功能各異。常用的有Intel公司的MCS-51系列單片機、Ateml公司AT89系列單片機等。由于本系統(tǒng)是一個較為復雜的控制系統(tǒng)，需要具有多開關量輸入，因此選用Ateml公司的STC89C51單片機，此款單片機適合用于處理多開關量。
（2）檢測模塊：檢測模塊可采用的方案也是比較多的，比如使用超聲波探測器，它具有測量距離遠的特點，但是超聲波測距也具有一定的盲區(qū)，所以可能導致測量不精準的問題；還比如說采用視頻采集裝置，這種方法可以做到精確度最高，但是相對成本會大大提高，所以一般在玩具電動車中不使用。
鑒于綜合考慮，本文選用光電對管探測，但是這種方案需要注意的問題是光電管的探測距離，玩具車電機的制動距離至少是10cm，因此要保證完好地避障就要選擇光電管的探測距離大于10cm，這樣才能保證探測的準確度。
（3）避障模塊：對于檢測模塊的方案比較，避障模塊采用紅外對管進行避障檢測，將六個紅外對管安裝于玩具車的正前方、左前方、右前方、正后方、左后方和右后方，采用反射式接收方式，即只有物體反射回紅外光時才有信號輸入，并且信號的強度和距離成正比。
其中可以利用四個傳感器來檢測離小車較近距離的一些障礙物，將檢測到的信號送入單片機的P2.0-P2.3口，另外兩個傳感器可以用來檢測較遠距離的一些障礙物，并將檢測到的信號送入單片機的P2.5口和P2.6口。
（4）電機驅動模塊：本系統(tǒng)是利用傳感器構成信號檢測電路實時檢測電動車的運行速度及位置等信息，通過單片機接收信號并發(fā)出指令進行智能化控制。電機驅動模塊可以采用L298N，這種驅動模塊內部集成了H橋式驅動電路，從而可以用來驅動電機。系統(tǒng)利用單片機發(fā)出PWM信號給L298N電路來控制小車的速度以及起停等功能。
（5）顯示模塊：液晶顯示器具有功耗低、無輻射、影像穩(wěn)定、畫面效果好等特點，另外液晶顯示器與單片機的連接電路比較簡單，占用的I/O口較少。因此本文采用液晶顯示屏（LCD1602）顯示時間和路程等信息，并且可以顯示一些漢字，使得界面更加直觀。
（6）電源模塊：采用干電池組進行電源供給，這樣不僅可以減輕玩具電動車的負重，并且可以得到較穩(wěn)定的電壓。本文中可以采用四節(jié)干電池通過降壓得到5V作為單片機和其他單元電路的供電系統(tǒng)，另外采用六節(jié)干電池作為電機以及光電開關的供電系統(tǒng)。這樣可以很好的避免電機啟動時對單片機及其它單元電路的電壓干擾，可以保證系統(tǒng)正常的運作。
三、玩具車系統(tǒng)性能分析
系統(tǒng)噪聲可能會引起程序計數器狀態(tài)出錯等問題，從而導致整體程序運行產生錯誤，因此在本系統(tǒng)中必須考慮如何提高可靠性的問題。本文中提出的防治干擾的方案是有一定的效果的，但是想要程序可靠運行以及碰到緊急情況和需要自動恢復等問題時，則需要考慮從軟件設計來完善。為提高可靠性，可在軟件程序中采取各種措施，比如數字濾波、設置陷阱、指令冗余等。
結語
本文介紹的系統(tǒng)是利用傳感器所構成的信號檢測電路來實時地監(jiān)測玩具電動車的運轉速度、運行位置及運行的狀況等，通過單片機接收信號，并且處理由檢測電路得到的各種數據信息，然后再由單片機發(fā)出正確的控制指令，使得電動車實現智能化控制。雖然文中只是針對玩具電動車的智能控制給出了大致的方案設計，但是如果完善整個系統(tǒng)的話，以后甚至可以考慮在汽車中使用，比如駕駛員一時分心偏離軌道，避障系統(tǒng)就會及時發(fā)出報警，如果駕駛員沒有能夠及時反應，汽車就會自動根據系統(tǒng)控制來完成減速等操作?；蛘咴谝恍o人操作的小車中也可以應用，比如月球的探測車等。因此這個系統(tǒng)的應用范圍還是比較廣泛的，我們的研究不僅是到此為止，后續(xù)還需要做很多工作來完善整個系統(tǒng)以適應市場的需求。
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