《具备多种控制模式的多功能儿童玩具设计-控制系统类创新设计大赛项目报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《具备多种控制模式的多功能儿童玩具设计-控制系统类创新设计大赛项目报告（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、论文格式论文格式* 注意：此为封面格式注意：此为封面格式 *2011-2012 德州仪器 C2000 及 MCU 创新设计大赛项目报告题 目： 具备多种控制模式的多功能儿童玩具设计 学校： xxx 科技大学 指导教师： xxx 组别： 本科组 应用类别： 控制系统类 平台： MSP430F149 参赛队成员名单（含个人教育简历）：xxx xxx 科技大学 自动化专业 09 级本科生 xxx xxx 科技大学 通信工程专业 09 级本科生 xxx xxx 科技大学 自动化专业 09 级本科生* 注意：此为正文起始格式注意：此为正文起始格式 正文和附录中均不得大段复制源代码和原理图，只允许能充分体
2、现创新方法或正文和附录中均不得大段复制源代码和原理图，只允许能充分体现创新方法或 关键设计的少量源代码示例和原理图，滥用源代码和原理图的，评委有权扣分。关键设计的少量源代码示例和原理图，滥用源代码和原理图的，评委有权扣分。正文正文+附录尽量控制在附录尽量控制在 20 页内，超过页内，超过 25 页的部分不会被阅读页的部分不会被阅读 *题 目：具备多种控制模式的多功能儿童玩具设具备多种控制模式的多功能儿童玩具设计计 摘要（中英文）摘要（中英文） 概述项目内容，简单介绍所实现的系统 (100-150 字左右) 本项目设计了一款以 MSP430F149 为主控芯片的智能玩具车。小车采用无 线和蓝牙两
3、种方式进行控制，拥有三种工作模式，即遥控模式、智能模式和蓝 牙模式。遥控模式使用自制遥控器控制小车运动；智能模式下，小车检测到人 体靠近后将迅速苏醒，与人进行追逐游戏，并适时播放语音进行互动；蓝牙模 式下用户通过自制的 PC 机软件可以随意设计小车的运动路线，控制小车按照 既定路线运动，并可使用语音录放功能实现传话。This project is designed with MSP430F149 as main control chip intelligent toy car. Car wireless Bluetooth control, with remote control model,
4、 intelligent mode and Bluetooth mode three kinds of operation pattern. Remote control mode using a homemade remote control car movement; intelligent mode, the car detects human near will quickly regained, and people were chasing the game, and to play the voice interaction; Bluetooth mode the user by
5、 using PC software to design the movement of the trolley line, control of the car in accordance with the established line of movement, and can use the voice recording function realization.1.引言引言简述系统设计的背景、目的、和所要解决的问题。 随着电子技术的发展和单片机的广泛应用，儿童玩具正在经历着一场 前所未有的革命。具有智能化，人性化，可塑性等特点的玩具越来越受到 人们的青睐。针对市场上的这种趋势，我们
6、设计了一款具有多种模式，通 过多种控制方式实现自身参数调节的智能化玩具车，控制方式的结构简图 见图 1。图 1.系统整体结构图 在遥控模式下，玩具车可以当做普通的遥控车进行遥控操作，还可以 调节速度和运动时间，通过遥控器也可以实现不同模式的选择。 在智能模式下，玩具车实现了一种全新的玩法：处在该模式下，当没 人靠近的时候，小车一直处于低功耗的状态，当有人靠近的时候，小车立 即苏醒，并通过各个传感器的信号进行判断，快速运动，与儿童进行追逐 游戏。通过语音录放功能，家长还可以随时的更换儿童与小车做追逐游戏 时的语音（比如说可以换成诗歌等），让儿童在玩耍能学到东西，做到寓 教于乐。 在蓝牙模式下也可
7、以实现一种全新的玩法：用户可以通过自制的 PC 机 软件事先设计小车的运行跑道和运行速度，这对激发儿童的好奇心和创新 设计意识有很好的培养作用。在此模式下，小车可以当做移动对讲机来用。通过以上多种模式的设计，一定程度上实现了该玩具的智能化，人性 化和可塑性，提高了玩具的耐玩性和娱乐性。2.系统方案系统方案 详细说明系统设计的整体思路，用模块的形式指出系统设计的各个关键点， 并指出其中使用的关键算法整体思路：整体思路：系统设计为三种工作模式，采用两种控制方式进行交互控制。 整个系统通过采用从上到下，分级分模块的处理结构，充分保持各个功能 模 块之间的独立性。无线通讯和蓝牙通讯等实时性很强的功能均
8、采用在中断 里 进行处理。 系统整体框架如图 2 所示。无线遥控 NRF24L01蓝牙控制 蓝 牙遥控模式智能模式蓝牙模式智能模式下小车采用传感器检测外部信号，并通过得到的信号为依据进行 运动控制和音乐播放的控制。遥控模式下采用带有 NRF240 无线模块的自制遥控器进行控制，主控芯片 接收到信号，进行相应的 LCD12864 显示和运动控制。蓝牙模式下才用自制的 PC 机软件通过蓝牙发送控制参数以及跑道路线图给 主控芯片，主控芯片接收到数据后，控制 LCD12864 重现运动路线图，并控制 电机按照给定路线进行运动。 使用遥控器和 PC 机软件均可以实现三种模式的选择。图 2.系统整体框架关
9、键模块介绍关键模块介绍： （1）NRF24L01 模块：无线模块实现了以 STC89C52 为主控芯片的自制遥控器与msp430 为主控芯片的玩具车之间的通信。PC 机软件蓝 牙液晶显示运动控制语音录放传 感 器 遥 控 器MSP430F149NRF2401MSP430F149运动控制液晶显示MSP430F149语音播放运动控制 电 机智能模式遥控模式蓝牙模式发射流程： 把接收机的地址和要发送的数据按时序送入 NRF24L01 配置 CONFIG 寄存器，使之进入发送模式。 微处理器把 CE 置高，激发 NRF24L01 进行 Enhanced ShockBurstTM 发射。 射频数据打包（
10、加字头、CRC 校验码）。 高速发射数据包。接收流程： 配置本机地址和要接收的数据包大小。 配置 CONFIG 寄存器，使之进入接收模式，把 CE 置高。 NRF24L01 进入检测状态，等待数据包的到来。 当接收到正确的数据包后，NRF24L01 通过 STATUS 寄存器的 RX_DR 置位通知微处理器。 微处理器从 NRF24L01 中将数据读出。所有数据均读取完后，可 清除 STATUS 寄存器。（2）蓝牙模块： 通过自制的 PC 机软件和小车上的蓝牙模块进行通讯。msp430 的 蓝牙数据的接收均在 UART0 中实现。PC 机软件实现将用户设计的运 动轨迹和相应的参数设置发送给 M
11、SP430，并存储在 MSP430 空闲的 flash 空间中，数据量平均在几百几千字节左右，为避免出现接收错误 的发生以及给 msp430 内存造成太大负担，采用了自行设计的发送数据 格式、接收方式、验证方式以及修正算法。发送数据格式：250 个字节$;123,23,12,.18,20,112一 段结 尾 段小于 250 个字节*$123,23,12,.18,20,112接收方式： 从遇到到字符“$“开始接收字节数据 如果处于正在接收数据的状态，接收到字符“,“，则默认接收到一个字节数据，并把这个字节数据存入内存的一个字节单元中 如果处于正在接收数据的状态，接收到字符“;“则停止接收数据，并
12、将内存中的 250 个字节数据写入到 MSP430 的空闲 flash 中(不 包 括字符“;“)，并等待下一个“$“的到来； 如果处于正在接收数据的状态，接收到字符“*“则停止接收数据，并将内存中的接收到的字节写入到 MSP430 的空闲 flash 中(不包 括 字符“*“)，并结束整个接收过程。 注：PC 机软件每发送 250 个有效字节，将 sleep 50ms，为 MSP430 的 flash 存储操作留出充分的时间。验证方式： 除了采用 MSP430 的 UART 功能自带的校验功能外，本设计还采用 了一种简洁直观的方式进行验证，进一步确保了接收数据的准确性。 进入蓝牙模式后，单片
13、机将会在读取 flash 存放小车运动轨迹数据， 并将小车的运动轨迹重现在 12864 上。使用者通过查看 12864 跑道的形 状，就可以判断数据接收的正确性，如果出现较大偏差，则用户可以重 新通过 PC 机软件发送数据。修正算法： 在验证方式的基础上保证了绝大多数数据正确基础上，在使用数据 时，对接收的数据时进行修正过滤。修正的算法的思想为跑道具有连续 性，通过计算相邻点之间的差值，如果其绝对值超过一定数值，则将该 点去掉，并读取下一个点。经过实际验证，通过验证和修正后的运动轨 迹，完全可以达到发送准确性的要求。（3）PC 机软件 这是一个配合蓝牙通讯而设计的软件。具有以下特点和功能： 界
14、面友好，操作设计充分借鉴了一些常用软件的使用方法，使用 户使用起来似曾相识，得心应手。 具备设置小车工作模式，运动速度，运行时间等功能。 专门设计的画图工具和画图板，使得用户可以在软件上设计自己 想要的运动跑道，并在运动跑道上设置小车运动的起点，整个运动过 程的方向，以及终点。设计完成后，用户仅须一键便可以将数据通过蓝牙发送给小车，操作 简单易学。 用户设计的跑道如果感觉满意，可以保存到“我的跑道”的，方 便下次使用，软件也自带了一些常用的跑道供用户直接使用。 相应的算法在系统软件设计中进行介绍。（4）三种工作模式的具体功能介绍 遥控模式：在遥控模式下，玩具车除了能实现一辆普通遥控车所具备的 诸如转弯之类的功能外，还可以控制玩具车运行的速度和时间。从而方便 父母有效地控制儿童玩耍的时间。普通模式下，红外避障模块实现基本的 避障功能，自制遥控器上带有 LCD11264 液晶，方便即时显示小车运行的 时间及速度。普通模式由遥控器控制无线模块发送指令。智能模式：在智能模式下，热电偶检测到人体靠近后，将产生中断唤 醒单片机。通过红外避障模块实现基本的避障功能。在运动中采用超声波 测距模块测出使用者与玩具车的距离。当儿童靠近玩具车时，玩具车会自 动躲避，并且随着儿童追逐的速度越来越快，玩具车会相应的改变自己的 速度和运动方向。当儿童长时间追不
