多功能智能编程玩具的制作方法

本实用新型涉及智能编程技术领域，特别涉及一种多功能智能编程玩具。

背景技术：

目前市场上编程玩具车的成本高昂，功能单一，体积庞大，组合搭配模式单一化的问题。目前所有的技术采用超声波为检测物体进行避障，采用的是手机与蓝牙芯片通讯进行开发，只能实时编程操作，断电不能保存，所编程的内容要依靠手机实时操作，另外，不支持电脑界面的编程开发，不便于教学，基础编程功能不全面；现有产品只有自己的搭配组合套件，不利于扩展小孩的思维发散性。现有的技术采用超声波为检测物体进行避障，成本高昂，结构复杂，不得用简化小车的体积。

现有技术用蓝牙模块做通讯入口，编程协议由手机经过蓝牙传输，蓝牙模块再通过串口通讯传给主控芯片，蓝牙要一直保持连接，玩具车关机后，编程数据就丢失，另外，手机界面作为开发的界面，屏幕空间小，编程教学难度大。

同时，现有技术采用两对以上的红外发射led，红外接收led做为巡线的传感器，且现有的技术大多采用各个功能单独模块化的设计，功能组合需要拼接，插线较多，不美观，且成本也较高，体积庞大。对于这种情况，有待进一步改善。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种低成本，功能齐全，操作简单，且具有较强的趣味与可玩性的多功能智能编程玩具。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为(适用于一般申请)或本实用新型采用技术方案的基本思路是(适用于合案申请中)：

一种多功能智能编程玩具包括玩具本体、主控芯片模块、红外避障模块、光感扫码模块、光感扫描模块、光感测速模块、电机驱动模块、电脑通讯模块、蓝牙模块、电源模块、充电模块、编程下载模块、光照感应模块、指示灯模块、压力传感器模块以及按键模块；所述光照感应模块包含两个光敏二极管，所述指示灯模块设有两个红蓝led灯，所述按键模块设有启动，停止，编程，避障，蓝牙五个键。

优选的，所述主控芯片模块采用stc品牌型号8a8k64s4a12，所述主控芯片为51单片机，所述51单片机用来控制周围相关模块。

优选的，所述红外避障模块包含两个红外发射管与一个红外线接收头，所述红外发射管是由红外发光二极管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料制成pn结，正向偏压向pn结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm，接收头则接收到红外信号给出高电平无红外信号低电平。

优选的，所述光感扫描模块是由红色led二极管与光敏二极管组成，所述光感扫描模块置于玩具车的底部，所述光感扫描模块可以用来作黑线的相关检测。

优选的，所述光感测速模块有两对红色led二极管与光感二极管，放置在电机转动的上方，所述电机转动的轴承上套上黑白相间的套件，使得电机每转一圈经过几个“0”“1”状态，可以得到当前两个电机的转速，也就是玩具车行车的速度。

优选的，所述电机驱动模块有两个同样的模块作为左右电机的驱动控制电路，所述一个模块包含一个h桥式电机驱动电路与lm339四路差动比较器，所述h桥式电机驱动电路主要包括四个mos管和一个电机，所述lm339是在电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器。

优选的，所述蓝牙模块采用syd8801低功耗蓝牙4.0单模soc,所述蓝牙模块通过串口协议与主控芯片传送数据；所述蓝牙模块与手机蓝牙连接。

优选的，所述充电模块为hx6326,5v充多颗镍氢电池串联ic。

优选的，所述压力传感器模块为主控芯片两个io口连接一个蜂呜器/压力传感器，可以作为蜂呜器。

采用上述技术方案，由于包括玩具本体、主控芯片模块、红外避障模块、光感扫码模块、光感扫描模块、光感测速模块、电机驱动模块、蓝牙模块、电源模块、充电模块、编程下载模块、光照感应模块、指示灯模块、压力传感器模块以及按键模块；本实用新型具有图形化编程功能，手机app蓝牙控制，电脑界面可视化编程，红外避障功能，红外扫码功能，巡迹功能等多种功能融与一体，不仅可以作为玩具，让小孩学习组装，娱乐，开拓思维，同时有较好的功能让家长与小孩能一起互动交流，具有全面的基础的编程模块。

附图说明

图1为本实用新型中主控芯片模块电路图；

图2为本实用新型中蓝牙模块电路图；

图3为本实用新型中充电模块电路图；

图4为本实用新型中电脑通讯模块电路图；

图5为本实用新型中电机驱动模块电路图；

图6为本实用新型中红外避障模块电路图；

图7为本实用新型中光感扫描模块电路图；

图8为本实用新型中光感测速模块电路图；

图9为本实用新型中光照感应模块电路图；

图10为本实用新型中指示灯模块电路图；

图11为本实用新型中压力传感器模块电路图；

图12为本实用新型中按键模块电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实施例中，一种多功能智能编程玩具，如图1所示，包括玩具本体、主控芯片模块、红外避障模块、光感扫码模块、光感扫描模块、光感测速模块、电机驱动模块、蓝牙模块、电源模块、充电模块、编程下载模块、光照感应模块、指示灯模块、压力传感器模块以及按键模块；光照感应模块包含两个光敏二极管，指示灯模块设有两个红蓝led灯，按键模块设有启动，停止，编程，避障，蓝牙五个键。

其中，主控芯片模块采用stc品牌型号8a8k64s4a12，51单片机作为主控芯片，用来控制周围相关模块。stc8a8k64s4a12型单片机，超高速8051内核(1t)，最大64k字节flash空间用于存用户代码与用户数据，256字节片内ram,及8k内部扩展ram。主控芯片模块为编程玩具车整个控制流程，通讯，编程协议整合，玩具车的核心部分。

红外避障模块包含两个红外发射管与一个红外线接收头。红外发射管是由红外发光二极管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成pn结，正向偏压向pn结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm。接收头则接收到红外信号给出高电平(接近工作电压)，无红外信号低电平。红外避障检测：主控芯片通过控制两个红发射头持续发射红外码，当左或右方有阻挡时，接收头会有信号，此时可以检测到障碍，控制电机躲避。红外遥控控制：通过普通的家用红外遥控，主芯片可以记忆控制电机不同的码值，然后发码值给到接收头，能控制玩具车上下左右运动。红外信号通讯：两个红外发射管可以模拟遥控器的码值，发送给另外的同款的玩具车，不同码值代表不同动作，这样，玩具车之间可以通过红外码值来通讯，组合出不同的功能。目前现有方案采用的是超声波避障，或者至少用两对以上红外对管做为避障传感器；本方案采用两个红外发射管，一个接收头，就能实现车前避障功能，优化了电路结构，成本更为低廉。并且，此基础上还添加红外通讯的功能，功能更为齐全。

光感扫描模块由红色led二极管与光敏二极管组成，置于玩具车的底部，用来作黑线的相关检测。光感扫码功能：码值的示例如下图。针对光线反射的原理，当发射光遇到黑色物体是，光线吸收，接收管导通不了，产生一个高电平状态值为“1”，当发射光遇到白色物体时，光线折射，接收管导通，产生一个低电平状态值为“0”，因为，不同的黑白线组合就会有不同的状态值组合反馈给主芯片，让主芯片能识别不同的条码，做出不同的控制。巡线功能：同样的原理，利用红色光线折射接收，当用户给出一条黑线时，玩具车会追踪到黑线的位置，一路追随黑线。边界围栏功能：同样的原理，利用红外发射接收，当用户画了一个黑线框圆圈时，玩具车经过主控芯片的控制，当有遇到黑线边界时，会后退，调头再控寻，直到另外侦测到另一个边界线。目前现有的方案是采用两组发光二极管与光敏二极管来实现此功能，本方案优化了电路结构与软件算法，采用一组器件便能实现功能，成本更低。

光感测速模块是利用两对红色led二极管与光感二极管，放置在电机转动的上方，在电机转动的轴承上套上黑白相间的套件，这样，能得到电机每转一圈经过几个“0”“1”状态，可以得到当前两个电机的转速，也就是玩具车行车的速度。光感测速模块作为电机控制的辅助模块，反馈当前转速给到主控芯片，主控芯片利用pid(经典控制理论中控制系统的一种基本调节方式.是具有比例、积分和微分作用的一种线性调节规律)软件算法技术，精确控制电机当前的速度，经过多长时间，能达到多少距离，也保证左右两个电机的一致性，能“直线”前进或后退。

电机驱动模块有两个同样的模块作为左右电机的驱动控制电路，一个模块包含一个h桥式电机驱动电路与lm339四路差动比较器。h桥式电机驱动电路主要包括四个mos管和一个电机，要使电机运转，必须导通对角线上的一对mos管，根据不同的mos管对的导能情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。lm339是在电压比较器芯片内部装有四个独立的电压比较器，是一种常见的集成电路，主要应用于高压数字逻辑门电路。主控芯片通过四个管脚发送不同占空比的pwm波形，来驱动电机控制模块，从而可以使玩具车能前进，后退，刹车，左转，右转，加速，减速等控制。相对于主流的电机驱动控制芯片，本方案的电机驱动成本更少，能达到同样的控制效果。

电脑通讯模块pl2303是一种高度集成的rs232-usb接口转换器，可提供一个rs232全双工异步串行通信装置与usb功能接口便利联接的解决方案。该器件作为usb/rs232双向转换器，一方面从电脑编程端接收usb数据并将其转换为rs232信息流格式发送给玩具车，玩具车可以将编程协议的控制方式储存在flash当中，以供执行操作；另一方面从rs232玩具车接收数据转换为usb数据格式传送回电脑端，将玩具车的下载状态及时反馈给到用户；目前现有产品并不支持电脑端下载编程。

蓝牙模块采用syd8801低功耗蓝牙4.0单模soc,通过串口协议与主控芯片传送数据；此蓝牙模块可以与手机蓝牙连接，通过app控制玩具车，还能实现手机编程的功能。手机连接玩具车蓝牙后，有操控界面，可以让小车上下左右移动；可以通过手机自身重力传感器，摆动手机让小车做相应动作；切换玩具车的相关模式，如避障检测(下文介绍)等功能可以自由切换；用户可以在app端编辑好自己的小车控制方式，通过蓝牙发送到主控芯片保存到flash中，可以永久保存，运行用户的编程逻辑。编程下载时，现有的方案是直接在线传输数据去控制，数据不保存，断电会丢失，本方案是储存到flash,然后执行，断电能保存。

充电模块为hx6326,5v充多颗镍氢电池串联ic。支持电脑usb接口或其他5v充电器做为充电电源，同时为四颗镍氢电池充电，4.8v600mah的充电时间为四个半小时，其间有电池过压保护，过流保护，快充时间保护等；目前现有方案采取锂电池充电方案，本方案采用镍氢充电，成本更低，更环保。

光照感应模块包含两个光敏二极管，能够将光的照应强度，转换成电流或者电压信号，接入到主控芯片的ad(模数)两个io口，能得到当前左右两端的光照值。寻光前行，此功能需要一直对比两边的光照值，大的一边是光源所在，往那边前行，循环对比。

指示灯模块有两个红蓝led灯，通过主控的控制，能有不同的闪烁方式提示用户所在的玩具车的状态。指示用户玩具车的不同状态的辅助模块，用户也可以通过手机，遥控器，编程自行随意控制搭配，丰富外设的多样性。

压力传感器模块有为主控芯片两个io口连接一个蜂呜器/压力传感器，可以作为蜂呜器，发出不同频率的声音；也可以采集外界声音，产生微弱的电压值，然后被主控芯片的ad采样端口捕捉，得到一个瞬时的声音大小值。能作为玩具车的喇叭声音使用，利用不同的频率的有不同的音调，能做简易的音乐播放功能，同时，在编程界面，将不同七个音调值开放给小朋友，让小朋友随时组合成音乐，有一个简单的乐理认知。利用拍手产生的瞬时电压值，可以检测到拍手的时机与次数，这样能做到拍手控制，可以拍掌前行，转弯或后退等。

按键模块当中共有五个按键，分别对应着启动，停止，编程，避障，蓝牙，开放给用户能切换不同的功能，或进入到不同的模式当中。启动，启动玩具车记忆的状态，如寻光等，掉电能保存；停止，停止一切状态，玩具车进入待机状态；编程，进入到电脑编程状态，记忆电脑通过串口传送过来的编程协议；避障，直接进入避障的功能模式；蓝牙，进入手机蓝牙控制模式。另外以上按键，通过编程能随意搭配不同的功能，丰富外设的多样性。

本发明采用两颗红外发射管，一颗红发接收头做为避障检测，不公成本低廉，使得结构更为简易，灵敏也足够满足要求，同时还能增加扩展为红外遥控，红外通讯的功能；本发明首先采用蓝牙模块与电脑串口模块相结合的技术，同满足在手机端进行编程操作，同时，把用户的编程指令储存在flash中，掉电还能继续存储，不丢失，有电脑端的图形化编程，把用户的编程指令通过串口通输，能更好地进行编程知识的教导与讲解，另外，电脑端的指令也能储存在flash中，断电能存储；本发明只使用一对红外发射led,红外接收led做为巡线传感器，节省了成本，同时还可以利用这对传感器做为扫码传感器，利用红外信号对黑白物体不同的反射原理，可以得到不同的码值，用来切换不同的玩具车模式，增加了趣味性，功能模式简单实用；本发明将所有外围模块硬件全都集中在一板电路板上，电路简洁，除电源外，无其他外围插线。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。