摘 要
现在，玩具电动车要么是只能实现直线前进的，要么是带遥控装置的开环控制的，能够实现或前进、或后退、或左转、或右转的功能。能够显示运行状态、里程（圈数）并实现报警的却为数不多。 本文的主要研究工作是设计和实现基于单片机 STC89C51 的智能玩具电动车，包括其硬件和软件两个部分。硬件电路部分主要包括控制器、信号检测电路、避障电路、电机驱动电路、显示电路、电源电路等，通过软件编程控制小车实现前进、后退、加速、减速、左转、右转和车灯闪烁等功能，并在小车行进中很好地实现避障，里程、行进方向显示和报警。 本文是把当前一般的玩具电动车作为基础，增加各种传感器，如光电传感器、红外传感器、超声波传感器等，利用传感器构成的信号检测电路实时检测电动车的运行速度、运行位置、运行状况，单片机接收并处理信号检测电路检测到的各种数据，然后由单片机发出指令控制电动小车运行。 该智能玩具小车能够实现的功能有：实时准确地显示温度、显示里程，能够实现语音控制，自动循迹和避障，能够自动调节行驶速度并精确停车。
关键词：智能，玩具电动车，单片机，软件设计
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ABSTRACT
Now, electric toy is either can only achieve a straight forward, either with remote control device for open loop control, can achieve or forward, or back, or left, or right function. To be able to display operating status, mileage (LAPS) and alarm however amount to is not much. The main research work of this thesis is to design and implement based on STC89C51 single-chip microcomputer intelligent toy car, including its hardware and software in two parts. The hardware circuit part mainly comprises a controller, a signal detection circuit, obstacle avoidance circuit, motor drive circuit, display circuit, power supply circuit, through software programming to control the car forward, backward, acceleration, deceleration, turn left, turn right and lights flashing and other functions, and in the small car running well realize the obstacle avoidance, mileage, the direction of display and alarm. This paper is to present a general electric toy as a foundation, increase of various sensors, such as photoelectric sensor, infrared sensor, ultrasonic sensor, the sensor signal detection circuit for real-time detection of electric vehicle running speed, running position, operation, SCM receives and processes the signal detection circuit detects a variety of data, and then by the MCU instruction control of electric trolley. The intelligent toy car can achieve functions: real-time and accurate temperature display, display the mileage, voice control can be achieved, automatic tracking and obstacle avoidance, and can automatically adjust the speed and the precision of parking.
Keywords: Intelligent, electric toy cars, SCM, software design
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摘 要 ............................................................................................................................................... I ABSTRACT ..................................................................................................................................... II
第一章 引言 ................................................................................................................... 2 1.1 研究背景 ............................................................................................................................ 2 1.2 研究意义 ............................................................................................................................ 2 1.3 国内外研究现状 ................................................................................................................ 3 1.4研究内容 ............................................................................................................................. 4 第二章 相关技术 ........................................................................................................................... 6
2.1 单片机技术 ........................................................................................................................ 6 2.2 智能玩具电动车技术 ........................................................................................................ 7 第三章 系统需求分析 ................................................................................................................... 8
3.1 功能分析 ............................................................................................................................ 8
3.1.1 主控模块 ................................................................................................................. 8 3.1.2电机驱动模块 .......................................................................................................... 9 3.1.3显示模块 .................................................................................................................. 9 3.1.4 电源模块 ............................................................................................................... 11 3.1.5 机械系统模块 ....................................................................................................... 11 3.2 性能分析 .......................................................................................................................... 12
3.2.1 硬件系统可靠性措施 ........................................................................................... 12 3.2.2 软件系统可靠性措施 ........................................................................................... 12
第四章 电路设计 ......................................................................................................................... 15
4.1 主控电路设计 .................................................................................................................. 15
4.1.1 STC89C51单片机硬件结构 ................................................................................. 15 4.1.2 最小应用系统设计 ............................................................................................. 16 4.2 信号检测电路设计 .......................................................................................................... 21
4.2.1 红外检测电路设计 ............................................................................................... 22 4.2.2 金属探测电路设计 ............................................................................................... 22 4.3驱动电路设计 ................................................................................................................... 23 4.4 显示电路设计 .................................................................................................................. 25 4.5 电源电路设计 .................................................................................................................. 26 4.6 接口电路设计 .................................................................................................................. 27
4.6.1 前向通道设计 ....................................................................................................... 27
第五章 控制软件的设计与实现 ................................................................................................. 35
5.1 概述 .................................................................................................................................. 35
5.1.1 应用软件的一般要求 ........................................................................................... 35 5.1.2 应用软件的设计过程 ........................................................................................... 36 5.2 软件的结构设计 .............................................................................................................. 36 5.3 主要模块实现 .................................................................................................................. 37
5.3.1 电机驱动流程图及程序 ....................................................................................... 37 5.3.2 循迹流程图及程序 ............................................................................................... 42 5.3.3 显示流程图及程序 ............................................................................................... 49
第六章 系统功能测试 ................................................................................................................. 61
6.1 测试仪器及设备 .............................................................................................................. 61 6.2 系统功能测试 .................................................................................................................. 62
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6.3 系统测试结果及分析 ...................................................................................................... 63 第七章 结论和展望 ..................................................................................................................... 65
7.1 结论 .................................................................................................................................. 65 7.2 展望 .................................................................................................................................. 65 参考文献......................................................................................................................................... 66
第一章 引言
1.1 研究背景
当今社会，科学技术日新月异，时代前进的步伐越来越快。随着电子技术的发展，属于融合类的个人电子终端也越来越多，比如 PMP、PDA、手持游戏机和智能手机等等，他们都占据了很大的市场份额。在玩具领域，随着电子技术不断融入玩具，使得玩具也越来越智能化，也就构成了新一类的融合类电子终端，这也是世界各国玩具产业发展的一种方向。去年，结合了高端的电子技术的玩具的销售额仅仅在在美国一个国家的玩具市场上就达到 115 亿美元，大大超过了一般玩具的增长速度。因为 2010 年全世界的智能玩具销售收入才 100 亿美元。 据权威部门预计，2012 年末销售额增加更大，可以达到 200 亿美元。智能玩具绝对是利润比较丰厚的，因为智能玩具的技术是建立在已有的主流融合终端上，然后在其基础山进行了创新，成本相对来说较低。这样一来，投资者的投资回报就比较丰厚。另一方面，鉴于电子智能玩具对于儿童成长的重要性及越来越智能化和多样化，受到了消费者的喜爱。现在，中国在玩具消费上的人均值相对其他国家来说要低很多，因此，智能玩具在中国的市场空间将会很大。所以，融合了计算机控制与电子技术的智能化玩具的研究越来越受到社会各界的广泛重视。随着智能水平的不断提高，人们的生活方式迅速地改变，电子智能玩具有很好的市场前景。作为电子智能玩具之一的智能玩具电动车更受儿童青睐，是儿童玩具中的宠中之宠。本设计就是在这样的背景下提出的。
1.2 研究意义
全称为单片微型计算机的单片机具有集成度高、体积小，可靠性高、实用温
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度范围宽，有优良的性能价格比，控制功能强，外部总线丰富，功能扩展性强及低功耗等特有的优良性能，因而得到了广泛应用。它推动了嵌入式系统的发展并深入到各个领域，已经成为工业、农业、国防、科研、教育以及日常生活的各个领域的智能化工具，也是现代电子系统中重要的智能化工具，对各行各业的技术改造以及产品的更新换代起到了极大的推动作用。 目前，开发模块化，功能强，价格低的智能玩具小车，已成为全国电子技能比赛的热点，而且智能玩具车在国内和国外都有着巨大的市场。在全球市场上，智能玩具领域，几乎被美国、日本等国垄断，我国智能玩具是一个即将兴起的领域，可编程玩具小车将会给玩具市场注入新的活力。
玩具小车随着传感技术、计算机科学、人工智能及其它相关学科的迅速发展，正向着智能化的方向发展。智能化玩具车控制系统囊括了计算机技术、自动控制技术、传感器技术和人工智能技术等多方面的技，它是一个综合体，有环境的感知功能，实时的决策与规划功能，以及行为的控制和执行等功能，是典型的机电一体化产品。另外，选择单片机设计智能玩具电动车，目的在于从日常生活中能接触到的细微处着手，通过理论与实践的结合，更明确自己的所学所用，也在实践中发现自己理论的不足，对目前广泛应用的单片机有更加理性化和感性化的认识，使理论和实践相得益彰。
1.3 国内外研究现状
一、国外智能车辆的研究现状
从 20 世纪 50 年代开始，智能车辆的研究在国外就开始了，其发展历程大致经历了初始研究、卓有成就的研究和深入、系统、大规模的研究三个阶段，分别如下：
初始阶段：在 20 世纪的 50 年代美国出现了自主引导车系统。该系统具有了智能车辆的最基本的特征——无人驾驶。这是一个标志，一个智能车辆出现的明显的标志。
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