一種跟隨式智能玩具小車的製作方法
2023-10-07 19:57:29
一種跟隨式智能玩具小車的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種跟隨式智能玩具小車，包括主機模塊和從機模塊，主機模塊和從機模塊均採用51兼容內核的STC單片機作為控制器；從機模塊包括連接從機控制器的加速度傳感器模塊和連接從機控制器的藍牙無線通信模塊；主機模塊包括藍牙接收模塊、主機控制器、電機驅動模塊、四輪電機和測速模塊，測速模塊連接主機控制器和四輪電機，四輪電機連接電機驅動模塊，電機驅動模塊連接主機控制器。本實用新型提出的跟隨式智能小車可作為面向兒童的智能玩具小車，模仿兒童的運動狀況，跟隨兒童的運動，從而在遊戲中讓兒童感受到快樂的同時能夠鍛鍊身體，增強體質。
【專利說明】一種跟隨式智能玩具小車
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種跟隨式智能玩具小車，採用嵌入式微處理器和微機械加工技術的微加速度傳感器為核心器件，具有功耗低、智能小巧、趣味性強等特點，且該設計方案及跟蹤原理也可應用於自動追蹤、交通導航等領域，具有廣闊的應用前景。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟的迅猛發展，玩具市場的消費群體日益壯大，伴隨著嵌入式微處理器、新型傳感器及機器人技術應用面的不斷拓展，玩具產品也更加注重科技性和創新性，許多新穎的智能玩具相繼出現，高科技含量的娛樂產品市場需求量大增。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種跟隨式智能玩具小車，本實用新型採用如下技術方案:
[0004]一種跟隨式智能玩具小車，包括主機模塊和從機模塊,主機模塊和從機模塊均採用51兼容內核的STC單片機作為控制器；從機模塊包括連接從機控制器的加速度傳感器模塊和連接從機控制器的藍牙無線通信模塊；主機模塊包括藍牙接收模塊、主機控制器、電機驅動模塊、四輪電機和測速模塊，測速模塊連接主機控制器和四輪電機，四輪電機連接電機驅動模塊，電機驅動模塊連接主機控制器。
[0005]所述的跟隨式智能玩具小車，所述的加速度傳感器模塊為ADXL345。
[0006]所述的跟隨式智能玩具小車，所述電機驅動模塊為L298N。
[0007]實時監測被跟蹤對象的運動狀態，通過智能算法和無線通訊技術控制小車自動追蹤運動對象。系統包含主機和從機兩大部分，主從機間採用無線通訊。從機部分採用微機械加速度計作為核心傳感器，實時監測人體或物體的運動狀態，由嵌入式微處理器將加速度信號經過積分等數值運算轉換為速度、位移信號後，由藍牙模塊發送至主機。主機對所得信號進行處理，控制小車運動，實現對運動人體或物體的跟蹤。
[0008]本實用新型提出的跟隨式智能小車可作為面向兒童的智能玩具小車，模仿兒童的運動狀況，跟隨兒童的運動，從而在遊戲中讓兒童感受到快樂的同時能夠鍛鍊身體，增強體質。此外，依據本實用新型的設計思想，可以研發智能化的運動目標自動跟蹤裝置，具有廣闊的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為主機結構框圖；
[0010]圖2為從機結構框圖；
[0011]圖3為從機電路原理圖；
[0012]圖4為主機控制電路；
[0013]圖5為從機系統流程圖；[0014]圖6為主機系統流程圖；
【具體實施方式】
[0015]以下結合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。
[0016]跟隨式智能玩具小車，該系統採用微機械加速度傳感器作為主傳感器，使用藍牙作為通信媒介，實現對運動目標的跟蹤。由於目前Android系統手機的大範圍普及，為了更容易推廣，系統的從機模塊可以由內置集成加速度傳感器的智慧型手機替代。
[0017]系統總體結構如圖1和圖2所示，跟隨式智能玩具小車，包括主機和從機兩部分，主機和從機均採用51兼容內核的STC單片機作為控制器。主機系統中通過測速模塊對車輪轉動的監測，反饋控制車體移動距離，實現車體移動的精確控制。從機模塊包括控制器、加速度傳感器模塊和藍牙無線通信模塊。目標物體移動時，加速度傳感器實時監測X軸和Y軸兩個軸向上的加速度，並將加速度值傳給控制器，經過積分、濾波、補償等數值算法，計算出兩個軸向上的移動距離，再由藍牙無線通信模塊將數據傳出。主機藍牙接收模塊接收到兩個軸向的移動距離後，由單片機控制小車在兩個軸向上的移動，從而產生與跟蹤目標相同的運動軌跡。
[0018]系統硬體設計
[0019]從機電路如圖3所示，各部分功能如下:
[0020](I)加速度傳感器:ADXL345是一款小而薄的超低功耗3軸加速度計，解析度高(13位)，測量範圍達±16g。數字輸出數據為16位二進位補碼格式，可通過SPI (3線或4線)或I2C數字接口訪問。它可以在傾斜檢測應用中測量靜態重力加速度，還可以測量運動或衝擊導致的動態加速度，解析度可達3.9mg/LSB,且功耗極低，在測量模式下低至23uA。使用時，需將加速度傳感器水平放置以獲得準確可靠的數據。
[0021](2)通訊模塊:藍牙通信模塊ZK-07能夠透明傳輸任何大小的數據，同時具有小體積、寬電壓等特點。模塊外部接口採用透明數據傳輸方式，能適應標準或非標準的用戶協議，方便地與各種MCU通訊。藍牙模塊也分為主機和從機兩部分，主機能夠主動地與從機進行搜索、配對，從機設備能方便地與藍牙適配器、PDA以及帶藍牙的手機進行串行通信。
[0022]主機控制電路如圖4所示，各模塊功能如下:
[0023](I)電機控制模塊:L298N電機驅動模塊採用SMT工藝，穩定性高，可以直接驅動兩路3-16V直流電機，並提供5V輸出接口，給單片機系統供電(低紋波係數)，可方便地控制直流電機速度和方向，也可以控制2相步進電機，5線4相步進電機。
[0024](2)測速模塊:採用槽型對射光電結構，只要在非透明物體通過槽型即可觸發，輸出TTL電平。使用一體化對射紅外發射接收管WYC H206，並使用74HC14 (帶施密特觸發器反向器)，防止臨界輸出抖動作為核心器件構成中控電路。
[0025](3)電源模塊:採用7.2V1300MA充電電池組為系統供電。
[0026]系統軟體設計
[0027]系統軟體採取模塊化程序設計方法，從機系統由主程序、I2C總線通訊、加速度積分算法以及藍牙串口發送等程序模塊組成，使用C語言編寫，編譯環境為Keil uVision4,使用部分環境庫函數，其工作流程如圖5所示。為使方案具有更強的適應性，同時編寫了android平臺手機程序,可直接使用android系統帶有加速度傳感器的手機作為從機,與主機藍牙模塊通訊，實現跟蹤。主機系統由主程序、藍牙串口接收程序、電機PWM控制等模塊組成。其程序流程如圖6所示。
[0028]主機和從機上電後，從機自動搜索主機藍牙模塊，並進行配對。建立連接後，將主機與從機的方向校準一致，從機移動一段距離，主機便可跟隨主機在同一方向移動一段距離。
[0029]實驗調試時，可以用帶加速度傳感器智慧型手機作為從機，編寫安卓程序，將使用者當前的加速度通過手機藍牙傳遞給單片機，單片機驅動小車跟隨。測試時，將手機安卓程序打開，放在使用者身上，使小車處於工作狀態，便可實現小車實時跟隨人體運動。
[0030]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種跟隨式智能玩具小車，其特徵在於，包括主機模塊和從機模塊，主機模塊和從機模塊均採用51兼容內核的STC單片機作為控制器；從機模塊包括連接從機控制器的加速度傳感器模塊和連接從機控制器的藍牙無線通信模塊；主機模塊包括藍牙接收模塊、主機控制器、電機驅動模塊、四輪電機和測速模塊，測速模塊連接主機控制器和四輪電機，四輪電機連接電機驅動模塊，電機驅動模塊連接主機控制器。
2.根據權利要求1所述的跟隨式智能玩具小車，其特徵在於，所述的加速度傳感器模塊為 ADXL345。
3.根據權利要求1所述的跟隨式智能玩具小車，其特徵在於，所述電機驅動模塊為L298N。
【文檔編號】A63H30/04GK203483854SQ201320565926
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月13日 優先權日:2013年9月13日
【發明者】毛曉波, 馮寒雨, 張志強, 陳敬德, 歐陽丹 申請人:鄭州大學