一種跟隨式智能玩具小車的制作方法
【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采用51兼容內(nèi)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(lán)牙無線通信模塊；主機模塊包括藍(lán)牙接收模塊、主機控制器、電機驅(qū)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(qū)動模塊，電機驅(qū)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，從而在游戲中讓兒童感受到快樂的同時能夠鍛煉身體，增強體質(zhì)。
【專利說明】一種跟隨式智能玩具小車
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種跟隨式智能玩具小車，采用嵌入式微處理器和微機械加工技術(shù)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(shè)計方案及跟蹤原理也可應(yīng)用于自動追蹤、交通導(dǎo)航等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)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(shù)應(yīng)用面的不斷拓展，玩具產(chǎn)品也更加注重科技性和創(chuàng)新性，許多新穎的智能玩具相繼出現(xiàn)，高科技含量的娛樂產(chǎn)品市場需求量大增。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種跟隨式智能玩具小車，本實用新型采用如下技術(shù)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采用51兼容內(nèi)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(lán)牙無線通信模塊；主機模塊包括藍(lán)牙接收模塊、主機控制器、電機驅(qū)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(qū)動模塊，電機驅(qū)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(qū)動模塊為L298N。
[0007]實時監(jiān)測被跟蹤對象的運動狀態(tài)，通過智能算法和無線通訊技術(shù)控制小車自動追蹤運動對象。系統(tǒng)包含主機和從機兩大部分，主從機間采用無線通訊。從機部分采用微機械加速度計作為核心傳感器，實時監(jiān)測人體或物體的運動狀態(tài)，由嵌入式微處理器將加速度信號經(jīng)過積分等數(shù)值運算轉(zhuǎn)換為速度、位移信號后，由藍(lán)牙模塊發(fā)送至主機。主機對所得信號進(jìn)行處理，控制小車運動，實現(xiàn)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，從而在游戲中讓兒童感受到快樂的同時能夠鍛煉身體，增強體質(zhì)。此外，依據(jù)本實用新型的設(shè)計思想，可以研發(fā)智能化的運動目標(biāo)自動跟蹤裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為主機結(jié)構(gòu)框圖；
[0010]圖2為從機結(jié)構(gòu)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(tǒng)流程圖；[0014]圖6為主機系統(tǒng)流程圖；
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]跟隨式智能玩具小車，該系統(tǒng)采用微機械加速度傳感器作為主傳感器，使用藍(lán)牙作為通信媒介，實現(xiàn)對運動目標(biāo)的跟蹤。由于目前Android系統(tǒng)手機的大范圍普及，為了更容易推廣，系統(tǒng)的從機模塊可以由內(nèi)置集成加速度傳感器的智能手機替代。
[0017]系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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，主機和從機均采用51兼容內(nèi)核的STC單片機作為控制器。主機系統(tǒng)中通過測速模塊對車輪轉(zhuǎn)動的監(jiān)測，反饋控制車體移動距離，實現(xiàn)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(lán)牙無線通信模塊。目標(biāo)物體移動時，加速度傳感器實時監(jiān)測X軸和Y軸兩個軸向上的加速度，并將加速度值傳給控制器，經(jīng)過積分、濾波、補償?shù)葦?shù)值算法，計算出兩個軸向上的移動距離，再由藍(lán)牙無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳出。主機藍(lán)牙接收模塊接收到兩個軸向的移動距離后，由單片機控制小車在兩個軸向上的移動，從而產(chǎn)生與跟蹤目標(biāo)相同的運動軌跡。
[0018]系統(tǒng)硬件設(shè)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，分辨率高(13位)，測量范圍達(dá)±16g。數(shù)字輸出數(shù)據(jù)為16位二進(jìn)制補碼格式，可通過SPI (3線或4線)或I2C數(shù)字接口訪問。它可以在傾斜檢測應(yīng)用中測量靜態(tài)重力加速度，還可以測量運動或沖擊導(dǎo)致的動態(tài)加速度，分辨率可達(dá)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(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。
[0021](2)通訊模塊:藍(lán)牙通信模塊ZK-07能夠透明傳輸任何大小的數(shù)據(jù)，同時具有小體積、寬電壓等特點。模塊外部接口采用透明數(shù)據(jù)傳輸方式，能適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議，方便地與各種MCU通訊。藍(lán)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(jìn)行搜索、配對，從機設(shè)備能方便地與藍(lán)牙適配器、PDA以及帶藍(lán)牙的手機進(jìn)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(qū)動模塊采用SMT工藝，穩(wěn)定性高，可以直接驅(qū)動兩路3-16V直流電機，并提供5V輸出接口，給單片機系統(tǒng)供電(低紋波系數(shù))，可方便地控制直流電機速度和方向，也可以控制2相步進(jìn)電機，5線4相步進(jìn)電機。
[0024](2)測速模塊:采用槽型對射光電結(jié)構(gòu)，只要在非透明物體通過槽型即可觸發(fā)，輸出TTL電平。使用一體化對射紅外發(fā)射接收管WYC H206，并使用74HC14 (帶施密特觸發(fā)器反向器)，防止臨界輸出抖動作為核心器件構(gòu)成中控電路。
[0025](3)電源模塊:采用7.2V1300MA充電電池組為系統(tǒng)供電。
[0026]系統(tǒng)軟件設(shè)計
[0027]系統(tǒng)軟件采取模塊化程序設(shè)計方法，從機系統(tǒng)由主程序、I2C總線通訊、加速度積分算法以及藍(lán)牙串口發(fā)送等程序模塊組成，使用C語言編寫，編譯環(huán)境為Keil uVision4,使用部分環(huán)境庫函數(shù)，其工作流程如圖5所示。為使方案具有更強的適應(yīng)性，同時編寫了android平臺手機程序,可直接使用android系統(tǒng)帶有加速度傳感器的手機作為從機,與主機藍(lán)牙模塊通訊，實現(xiàn)跟蹤。主機系統(tǒng)由主程序、藍(lán)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]主機和從機上電后，從機自動搜索主機藍(lán)牙模塊，并進(jìn)行配對。建立連接后，將主機與從機的方向校準(zhǔn)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(diào)試時，可以用帶加速度傳感器智能手機作為從機，編寫安卓程序，將使用者當(dāng)前的加速度通過手機藍(lán)牙傳遞給單片機，單片機驅(qū)動小車跟隨。測試時，將手機安卓程序打開，放在使用者身上，使小車處于工作狀態(tài)，便可實現(xiàn)小車實時跟隨人體運動。
[0030]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種跟隨式智能玩具小車，其特征在于，包括主機模塊和從機模塊，主機模塊和從機模塊均采用51兼容內(nèi)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(lán)牙無線通信模塊；主機模塊包括藍(lán)牙接收模塊、主機控制器、電機驅(qū)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(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊連接主機控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟隨式智能玩具小車，其特征在于，所述的加速度傳感器模塊為 ADXL345。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟隨式智能玩具小車，其特征在于，所述電機驅(qū)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(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】毛曉波, 馮寒雨, 張志強, 陳敬德, 歐陽丹 申請人:鄭州大學(xué)