智能DIY玩具車

鄭雋杰+吳樂+汪苗+王曉雯

1 作品詳細(xì)介紹

玩具車由遙控部分、中央控制和電機(jī)驅(qū)動部分、人車互動部分、娛樂部分組成。第一代和第二代玩具車實(shí)物圖如圖1所示。

遙控部分采用手機(jī)藍(lán)牙作為客戶端，小車上的藍(lán)牙模塊HC-06作為服務(wù)端，任何一款安卓智能手機(jī)下載一個軟件就可以通過下列兩種方式控制小車：

（1）利用智能手機(jī)的重力感應(yīng)，通過翻轉(zhuǎn)手機(jī)來控制玩具小車的運(yùn)動；

（2）通過屏幕按鍵控制小車的運(yùn)動以及刷盤、滾筒、抽水泵的工作狀態(tài)，完成一系列清潔功能。且第二代作品還能“吸塵”。

中央控制和電機(jī)驅(qū)動部分通過MSP430F5529單片機(jī)接收由手機(jī)發(fā)出的信號控制整個小車的系統(tǒng)，而五個電機(jī)的驅(qū)動則由L298N來完成。

人車互動部分利用3個安置方向不同的超聲波測距傳感器使小車跟隨指示物隨意運(yùn)動；小車上的清洗裝置可由孩子親手完成，且其組裝拆卸（材料取自生活廢棄物如牙刷、餐巾紙等）且有多種組合方式。為小車配備的靜電紙可以吸附毛發(fā)、粉塵。小車集噴水、洗刷、擦拭、刮拭等功能于一體。

娛樂部分通過單片機(jī)控制15盞LED燈的不同亮滅狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)，可顯示出“喜、怒、哀、樂”四個表情，更能吸引孩子的興趣。

2 工作原理

此玩具小車是基于MSP430f5529 MCU的多功能控制小車。它的控制部分由Android手機(jī)、HC-06藍(lán)牙通訊模塊和單片機(jī)組成。當(dāng)Android上位機(jī)發(fā)送一條藍(lán)牙指令后，HC-06下位機(jī)接收并且通過模擬串口發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)識別指令并且做出相應(yīng)的動作。

動作部分的實(shí)現(xiàn)原理如下所示：

（1）小車前進(jìn)后退等由L298N電機(jī)驅(qū)動模塊主控，由單片機(jī)給出不同的電平，L298N選擇前進(jìn)后退一個輪子，并且單片機(jī)發(fā)出PWM波使能驅(qū)動以達(dá)到調(diào)速的目的。這樣即可通過兩個輪子不同的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速完成不同的動作。

（2）滾輪、刷子、噴水部分也由L298N調(diào)速以及驅(qū)動旋轉(zhuǎn)完成。

（3）跟蹤動作由三個超聲波測距模塊主控，進(jìn)入跟蹤模式后，三個超聲波測距模塊不斷進(jìn)行探測，探測到物體給出不同時間的高電平，打開單片機(jī)的三個定時器捕獲并且對高電平計時。根據(jù)探測到的時間進(jìn)行位置計算，并且依據(jù)三個不同方向的距離對小車的位置進(jìn)行調(diào)控，最終達(dá)到跟蹤的效果。

（4）LED彩燈效果根據(jù)不同的線路搭配，不同的時刻給予不同線路的高電平，從而組成不同的“臉譜圖”。

（5）第二代產(chǎn)品的“吸塵器”基于一個筆記本電腦散熱器改裝而成。

3 作品創(chuàng)新點(diǎn)

（1）游戲與勞動相結(jié)合（寓學(xué)于樂）。這款小車能讓小孩在玩的同時做些簡單的清潔工作，這是傳統(tǒng)玩具所不具備的功能。且由于現(xiàn)在小孩的勞動意識越來越差，這種將玩具車與清掃功能集于一體的設(shè)計讓孩子們在玩玩具的過程中幫父母干一些力所能及的家務(wù)活，從中獲得自豪感以及勞動的快樂，可以培養(yǎng)孩子的勞動意識，體現(xiàn)了寓學(xué)于樂的理念。

（2）無線技術(shù)的應(yīng)用拋棄了傳統(tǒng)的遙控器，使用任何一款安卓智能手機(jī)下載一個App就可以控制小車，充分利用了手機(jī)重力感應(yīng)功能及藍(lán)牙功能，讓孩子們像玩普通遙控賽車那樣來操作玩具小車，可以體會到科技帶來的樂趣與方便，有利于激發(fā)孩子對未知知識的學(xué)習(xí)興趣，擺脫對手機(jī)游戲的依賴，也有益于他們的身心健康。此外，該款產(chǎn)品無需花費(fèi)額外的成本來生產(chǎn)專用的遙控器和電池。

（3）玩具對周圍環(huán)境和人的感知用超聲波測距傳感器做跟蹤模塊，使小車跟隨孩子一起移動，實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)交互，更能使小孩子對科學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣，有利于他們學(xué)習(xí)，而這也體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的概念。

（4）集噴水、吸塵、擦拭、刮拭于一體，可拆卸安裝。清潔套具可以拆卸、重新安裝、重新制作，且使用的材料均可從生活中獲得，因此孩子們可以自己動手安裝，提高動手能力。

4 市場前景

由于中國消費(fèi)群體巨大，14歲以下人口共計有3億多人，其中城市人口達(dá)到了8 000萬，因此玩具市場十分龐大。而隨著近年來電子化、智能化玩具的發(fā)展，已逐漸取代傳統(tǒng)玩具的地位，成為市場新寵，因此我們的作品能夠更好地“侵入”市場。并隨著消費(fèi)者消費(fèi)理念的更新，我們的產(chǎn)品更合家長“胃口”。目前，家長對幼兒教育極為重視，因此這種集知識、趣味、勞動于一體的玩具具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，且更加高科技，能夠極大地激發(fā)孩子探索知識的興趣，也使得家長們多了一條途徑來引導(dǎo)教育孩子。寓教于樂在消費(fèi)層面上滿足了家長和孩子兩方面的需求。這款新型智能玩具的許多材料都來源于生活，傳達(dá)出一種節(jié)能環(huán)保的生活理念，與綠色生活相呼應(yīng)的同時也節(jié)省了成本，更符合可持續(xù)發(fā)展要求。不同人群，不同種類的玩具消費(fèi)占比柱狀圖如圖6所示。

5 獲獎感言

經(jīng)過一個月的努力，我們?nèi)〉昧艘庀氩坏降暮媒Y(jié)果，這再次體現(xiàn)了“堅持就是勝利”這一箴言?；叵脒@一個月的歷程，有喜悅，有苦惱，有挫折，有失敗……但我們團(tuán)結(jié)一心，永不言棄，在朋友與老師的幫助下，不畏困難，再接再厲，最終取得了滿意的成績。同時這件事也告訴我們，不論做什么都不要太在意結(jié)果，只要認(rèn)真地完成這一過程，那結(jié)果就不會差。希望我們能在未來繼續(xù)發(fā)揚(yáng)這種精神，取得更大的成績！