一种跟随式智能玩具小车的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种跟随式智能玩具小车，包括主机模块和从机模块，主机模块和从机模块均采用51兼容内核的STC单片机作为控制器；从机模块包括连接从机控制器的加速度传感器模块和连接从机控制器的蓝牙无线通信模块；主机模块包括蓝牙接收模块、主机控制器、电机驱动模块、四轮电机和测速模块，测速模块连接主机控制器和四轮电机，四轮电机连接电机驱动模块，电机驱动模块连接主机控制器。本实用新型提出的跟随式智能小车可作为面向儿童的智能玩具小车，模仿儿童的运动状况，跟随儿童的运动，从而在游戏中让儿童感受到快乐的同时能够锻炼身体，增强体质。
【专利说明】一种跟随式智能玩具小车
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种跟随式智能玩具小车，采用嵌入式微处理器和微机械加工技术的微加速度传感器为核心器件，具有功耗低、智能小巧、趣味性强等特点，且该设计方案及跟踪原理也可应用于自动追踪、交通导航等领域，具有广阔的应用前景。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅猛发展，玩具市场的消费群体日益壮大，伴随着嵌入式微处理器、新型传感器及机器人技术应用面的不断拓展，玩具产品也更加注重科技性和创新性，许多新颖的智能玩具相继出现，高科技含量的娱乐产品市场需求量大增。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种跟随式智能玩具小车，本实用新型采用如下技术方案:
[0004]一种跟随式智能玩具小车，包括主机模块和从机模块,主机模块和从机模块均采用51兼容内核的STC单片机作为控制器；从机模块包括连接从机控制器的加速度传感器模块和连接从机控制器的蓝牙无线通信模块；主机模块包括蓝牙接收模块、主机控制器、电机驱动模块、四轮电机和测速模块，测速模块连接主机控制器和四轮电机，四轮电机连接电机驱动模块，电机驱动模块连接主机控制器。
[0005]所述的跟随式智能玩具小车，所述的加速度传感器模块为ADXL345。
[0006]所述的跟随式智能玩具小车，所述电机驱动模块为L298N。
[0007]实时监测被跟踪对象的运动状态，通过智能算法和无线通讯技术控制小车自动追踪运动对象。系统包含主机和从机两大部分，主从机间采用无线通讯。从机部分采用微机械加速度计作为核心传感器，实时监测人体或物体的运动状态，由嵌入式微处理器将加速度信号经过积分等数值运算转换为速度、位移信号后，由蓝牙模块发送至主机。主机对所得信号进行处理，控制小车运动，实现对运动人体或物体的跟踪。
[0008]本实用新型提出的跟随式智能小车可作为面向儿童的智能玩具小车，模仿儿童的运动状况，跟随儿童的运动，从而在游戏中让儿童感受到快乐的同时能够锻炼身体，增强体质。此外，依据本实用新型的设计思想，可以研发智能化的运动目标自动跟踪装置，具有广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为主机结构框图；
[0010]图2为从机结构框图；
[0011]图3为从机电路原理图；
[0012]图4为主机控制电路；
[0013]图5为从机系统流程图；[0014]图6为主机系统流程图；
【具体实施方式】
[0015]以下结合具体实施例，对本实用新型进行详细说明。
[0016]跟随式智能玩具小车，该系统采用微机械加速度传感器作为主传感器，使用蓝牙作为通信媒介，实现对运动目标的跟踪。由于目前Android系统手机的大范围普及，为了更容易推广，系统的从机模块可以由内置集成加速度传感器的智能手机替代。
[0017]系统总体结构如图1和图2所示，跟随式智能玩具小车，包括主机和从机两部分，主机和从机均采用51兼容内核的STC单片机作为控制器。主机系统中通过测速模块对车轮转动的监测，反馈控制车体移动距离，实现车体移动的精确控制。从机模块包括控制器、加速度传感器模块和蓝牙无线通信模块。目标物体移动时，加速度传感器实时监测X轴和Y轴两个轴向上的加速度，并将加速度值传给控制器，经过积分、滤波、补偿等数值算法，计算出两个轴向上的移动距离，再由蓝牙无线通信模块将数据传出。主机蓝牙接收模块接收到两个轴向的移动距离后，由单片机控制小车在两个轴向上的移动，从而产生与跟踪目标相同的运动轨迹。
[0018]系统硬件设计
[0019]从机电路如图3所示，各部分功能如下:
[0020](I)加速度传感器:ADXL345是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高(13位)，测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI (3线或4线)或I2C数字接口访问。它可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度，分辨率可达3.9mg/LSB,且功耗极低，在测量模式下低至23uA。使用时，需将加速度传感器水平放置以获得准确可靠的数据。
[0021](2)通讯模块:蓝牙通信模块ZK-07能够透明传输任何大小的数据，同时具有小体积、宽电压等特点。模块外部接口采用透明数据传输方式，能适应标准或非标准的用户协议，方便地与各种MCU通讯。蓝牙模块也分为主机和从机两部分，主机能够主动地与从机进行搜索、配对，从机设备能方便地与蓝牙适配器、PDA以及带蓝牙的手机进行串行通信。
[0022]主机控制电路如图4所示，各模块功能如下:
[0023](I)电机控制模块:L298N电机驱动模块采用SMT工艺，稳定性高，可以直接驱动两路3-16V直流电机，并提供5V输出接口，给单片机系统供电(低纹波系数)，可方便地控制直流电机速度和方向，也可以控制2相步进电机，5线4相步进电机。
[0024](2)测速模块:采用槽型对射光电结构，只要在非透明物体通过槽型即可触发，输出TTL电平。使用一体化对射红外发射接收管WYC H206，并使用74HC14 (带施密特触发器反向器)，防止临界输出抖动作为核心器件构成中控电路。
[0025](3)电源模块:采用7.2V1300MA充电电池组为系统供电。
[0026]系统软件设计
[0027]系统软件采取模块化程序设计方法，从机系统由主程序、I2C总线通讯、加速度积分算法以及蓝牙串口发送等程序模块组成，使用C语言编写，编译环境为Keil uVision4,使用部分环境库函数，其工作流程如图5所示。为使方案具有更强的适应性，同时编写了android平台手机程序,可直接使用android系统带有加速度传感器的手机作为从机,与主机蓝牙模块通讯，实现跟踪。主机系统由主程序、蓝牙串口接收程序、电机PWM控制等模块组成。其程序流程如图6所示。
[0028]主机和从机上电后，从机自动搜索主机蓝牙模块，并进行配对。建立连接后，将主机与从机的方向校准一致，从机移动一段距离，主机便可跟随主机在同一方向移动一段距离。
[0029]实验调试时，可以用带加速度传感器智能手机作为从机，编写安卓程序，将使用者当前的加速度通过手机蓝牙传递给单片机，单片机驱动小车跟随。测试时，将手机安卓程序打开，放在使用者身上，使小车处于工作状态，便可实现小车实时跟随人体运动。
[0030]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种跟随式智能玩具小车，其特征在于，包括主机模块和从机模块，主机模块和从机模块均采用51兼容内核的STC单片机作为控制器；从机模块包括连接从机控制器的加速度传感器模块和连接从机控制器的蓝牙无线通信模块；主机模块包括蓝牙接收模块、主机控制器、电机驱动模块、四轮电机和测速模块，测速模块连接主机控制器和四轮电机，四轮电机连接电机驱动模块，电机驱动模块连接主机控制器。
2.根据权利要求1所述的跟随式智能玩具小车，其特征在于，所述的加速度传感器模块为 ADXL345。
3.根据权利要求1所述的跟随式智能玩具小车，其特征在于，所述电机驱动模块为L298N。
【文档编号】A63H30/04GK203483854SQ201320565926
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】毛晓波, 冯寒雨, 张志强, 陈敬德, 欧阳丹 申请人:郑州大学