玩具小车的设计(共10页)

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1、精选优质文档-倾情为你奉上JIUJIANG UNIVERSITY毕 业 设 计 题 目 智能玩具小车设计 英文题目 Intelligent toy car design 院 系 机械与材料工程学院 专 业 机械设计制造及自动化 姓 名 祝正瑶 班 级 A1012 指导教师 潘旭红 刘良文 二零一四年 五 月 摘要 随着电子技术的发展，数字电路应用领域的扩展，现今社会，产品智能化、数字化已成为人们追求的一种趋势，玩具领域也是如此，智能玩具越来越受到人们的关注和睛睐。传统玩具与智能玩具相比，在玩具市场上智能玩具以经占据了相当大的份额并且统治了市场的高端部份。基于人们对智能玩具的关注和喜爱，本次课题

2、我们设计了一款智能玩具小车. 本论文研究的是一个智能玩具小车,小车平台采用普通四驱遥控玩具小车底盘，使用TI单片机（MSP430F247）为系统控制器，通过3个带有透镜的红外传感器进行障碍物信息采集。直流电机驱动电路由芯片L298构成，同时利用PWM技术进行电机调速控制。并辅以相应的语音播报提示。关键词:MSP430F247、智能玩具小车、语音播报、自动避障、语音芯片Abstract With the development of electronic technology, expanding digital circuit applications, todays society, the

3、 product of intelligent, digital has become a trend that people pursue, toys field, too, smart toys and more attentions eye gaze. Compared with traditional toys intelligent toys, intelligent toys in the toy market was occupied with a large share of the high-end part of the market and the ruled. Smar

4、t toys based on peoples attention and love, this issue we designed a smart toy car. This thesis is an intelligent toy car, four-wheel drive car platform using ordinary remote control toy car chassis, using the TI SCM (MSP430F247) for the system controller through three lenses performed with infrared

5、 sensors obstacle information acquisition. DC motor drive circuit constituted by the L298 chip, while using PWM technology for motor speed control. Supplemented by the corresponding voice broadcast prompts. Keywords: MSP430F247, intelligent toy car, voice broadcast, automatic obstacle avoidance, voi

6、ce chip目录一、玩具市车场分析1.我国玩具车市场现状 中国是一个玩具车生产大国，但并不是一个玩具车生产强国。缺乏规模大的玩具车生产商，缺乏玩具车开发人才，缺乏品牌效应是最大的问题。尽管中国玩具的出口量很大（全球75的玩具车在中国生产），但这些玩具车基本上是以OEM的形式进入国际市场的。因此，应提高中国玩具车产业的生产工艺，主动占领世界玩具车产业的制高点，提升中国玩具车产业的核心竞争力，打造中国玩具的自有品牌是中国玩具车业的当务之急。 近年，随着世界经济形势的变化，以及国家加工出口贸易政策调整的出台和落实，单是依靠接外国企业的加工贸易订单和贴牌生产，已经不能适应当前形势和企业的发展要求。许

7、多企业家意识到要自主创新、自创品牌，企业才能更好地发展。同时前景广阔的内销市场，也吸引了不少企业进入，他们都在探索出口和内销“两条腿走路”的模式，以减少对海外市场的依赖。这一点，在每年一届的广州国际玩具及模型展览会上有非常明显的体现。2. 未来玩具小车的市场的前景 中国的电动儿童玩具车在经过了很多年的市场培育和宣传后，同时现在随着技术的不断的发展，新产品的不断出现。下面我们看一下海关的数据，在海关出口商品儿童玩具编码产品“其他带动力装置的玩具及模型”中，电动儿童玩具车占的比例相当高，据广东省玩具协会分析，电动儿童玩具车在这编码的商品中占的比例在70%左右。由此可以看出，在未来的几年内，电动儿童

8、玩具车将有很大的发展空间，其中主要的原因如下。首先是家庭轿车的普及带动玩具模型车市场，现在我国轿车家庭普及率在城市只有10%左右。随着家庭轿车的普及，车的概念不断深入孩子们的脑海中，因此会带来比较大的需求，同时也是由于家庭轿车的普及，也将会带动相关玩具模型车市场的扩大，而现在按比例生产的电动儿童玩具车已经成为玩具发烧友的收藏。第二个原因是文化创意将推动儿童玩具车市场进一步扩大。儿童玩具是形象创意重要的衍生品。最后一个原因是儿童玩具市场需求是弹性的，儿童玩具商品有它的自己的特性，与其他的商品有着一定的区别，儿童玩具的市场需求是弹性的、同时又有着极大的拓展空间，并不是就像人们常说的市场蛋糕，一方吃

9、多了另一方就减少。因此现在国内的电动儿童玩具车的市场的空间还是比较大的，还有着很大的市场前景，在这种情况之下，国内的儿童玩具的生产企业要根据自身的实际情况，做好市场调查工作，然后开发出适合自己的电动儿童玩具车产品，相信会有一个比较的市场空间。目前国内电动玩具车市场竞争格局 中国是世界最大的玩具生产国，从事电动玩具车生产的企业不少，但相当多的企业是加工贸易企业。目前拥有主牌品牌且品牌在市场有影响力、知名度的企业还不多。不过，尽管国内有自主品牌知名度高的电动玩具车生产企业还不多，但实际上，这不多的企业在产品细分市场上，已经出现一些企业的产品主导该市场的情况，市场已形成“群雄割据”态势。因此，想开拓

10、国内市场的外资企业、或者加工出口贸易企业需要认识这一点。3. 玩具小车自身的优势随着社会发展，人们的生活水平都高了，所以在培养孩子的问题上尤为重要。我们可以根据家长的心理需要，适当的投机一把！现在市场上出现的儿童电动玩具车很受小朋友们的喜欢，把它放在公园，广场，或者其它平坦的路面，小朋友看到后必定会流连忘返，相信家长也不会吝啬这几块钱。骑儿童电动玩具车的几大好处：1.增进儿童和大人之间的感情。2.给儿童室外锻炼的机会。3.加强儿童对大型电动玩具的认识。4.让孩子体会到当司机的乐趣等！近几年我国玩具汽车行业发展速度较快，受益于玩具汽车行业生产技术不断提高以及下游需求市场不断扩大，玩具汽车行业在国

11、内和国际市场上发展形势都十分看好。虽然受金融危机影响使得玩具汽车行业近两年发展速度略有减缓，但随着我国国民经济的快速发展以及国际金融危机的逐渐消退，我国玩具汽车行业重新迎来良好的发展机遇。进入2010年我国玩具汽车行业面临新的发展形势，由于新进入企业不断增多，上游原材料价格持续上涨，导致行业利润降低，因此我国玩具汽车行业市场竞争也日趋激烈。面对这一现状，玩具汽车行业业内企业要积极应对，注重培养创新能力，不断提高自身生产技术，加强企业竞争优势，于此同时玩具汽车行业内企业还应全面把握该行业的市场运行态势，不断学习该行业最新生产技术，了解该行业国家政策法规走向，掌握同行业竞争对手的发展动态，只有如此

12、才能使企业充分了解该行业的发展动态及自身在行业中所处地位，并制定正确的发展策略以使企业在残酷的市场竞争中取得领先优势。随着消费电子技术和自动控制技术等的快速发展，消费电子产品行业发展迅速。以玩具市场为例，根据美国玩具协会的调查统计，近年来全球玩具销量增幅与全球平均GDP增幅大致相当。而全球玩具市场的内在结构比重却发生了重大变化：传统玩具的市场比重下在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上。玩具智能化已成为现代玩具发展的趋势。我国作为世界玩具生产大国，可在高科技玩具的发展方面和外国的差距很大。因此，及时投入精力广泛开展这方面的研究。无论对技术创新应用，还是社会经济发展，都有重大的现实意义。由于

13、单片机具有多功能、低价位及小型化等优势，它们已被广泛地应用在消费电子、汽车电子、办公室自动化、通信及一般工业产品上。近些年来，单片机技术发展已达到了相当高的水平，一些新型单片机层出不穷，技术日新月异，是我们做智能玩具控制器的首选。语音播报和灯光显示能大大增强玩具使用的乐趣，因此成为大部分电子玩具、智能玩具设计中使用的重要技术。若我们在设计中使用上述技术且能有效的控制设计成本，这种类型的玩具小车必将表现出极高的性价比和极强的市场竞争力。2、 单片机的介绍1.单片机的概述单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多

14、种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。 图1 单片机芯片 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括

15、的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。 由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。 INTEL的8080是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

16、尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到现在，基于8051的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。 汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作！单片机的数量远远超过PC机和其他计算机的总和。2. 单片机的发展历史 单片

17、机诞生于1971年，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段，早期的SCM单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8051，此后在8051上发展出了MCS51系列MCU系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。 而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。高端的32位Soc单

18、片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。（1） 早期阶段SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。（

19、2） 中期阶段 MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。图2 Mic

20、ro Controller Unit（3） 当前趋势 SOC嵌入式系统(System on Chip）式的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决，因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。3、 系统模块设计3.1总体构思 根据题目的要求，确定如下方案：在现有玩具电动车的基础上，加装红外传感器和语音芯片模块，将红外测量数据传送至单片机进行处理，最后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的智能控制并进行语音播报。 自动避障小车采用MSP430F247单片机作为控制核心，由红外线传感器作为检测障碍的主要传感器，通过传感器对障碍物信息的采集以实现小车自动避开障碍物而顺利前进，使得小车在行驶过程中不与障碍物相撞。用发光二极管和语音播报等模块提示小车行驶方向。系统的自动避障功能通过正前方和左右侧红外传感器和车底部黑白线传感器检测，由单片机控制实现；在电动车进驶过程中，采用PWM脉宽调制技术，以提高系统的静动态性能；采用控制发光二极管的亮灭情况显示行驶方向，并用语音播报转动状态。系统整体框图如图2.1所示。表2.1是各个功能模块在TI单片机的各个端口分配情况。专心-专注-专业