智能DIY玩具车

郑隽杰+吴乐+汪苗+王晓雯

1 作品详细介绍

玩具车由遥控部分、中央控制和电机驱动部分、人车互动部分、娱乐部分组成。第一代和第二代玩具车实物图如图1所示。

遥控部分采用手机蓝牙作为客户端，小车上的蓝牙模块HC-06作为服务端，任何一款安卓智能手机下载一个软件就可以通过下列两种方式控制小车：

（1）利用智能手机的重力感应，通过翻转手机来控制玩具小车的运动；

（2）通过屏幕按键控制小车的运动以及刷盘、滚筒、抽水泵的工作状态，完成一系列清洁功能。且第二代作品还能“吸尘”。

中央控制和电机驱动部分通过MSP430F5529单片机接收由手机发出的信号控制整个小车的系统，而五个电机的驱动则由L298N来完成。

人车互动部分利用3个安置方向不同的超声波测距传感器使小车跟随指示物随意运动；小车上的清洗装置可由孩子亲手完成，且其组装拆卸（材料取自生活废弃物如牙刷、餐巾纸等）且有多种组合方式。为小车配备的静电纸可以吸附毛发、粉尘。小车集喷水、洗刷、擦拭、刮拭等功能于一体。

娱乐部分通过单片机控制15盏LED灯的不同亮灭状态来实现，可显示出“喜、怒、哀、乐”四个表情，更能吸引孩子的兴趣。

2 工作原理

此玩具小车是基于MSP430f5529 MCU的多功能控制小车。它的控制部分由Android手机、HC-06蓝牙通讯模块和单片机组成。当Android上位机发送一条蓝牙指令后，HC-06下位机接收并且通过模拟串口发送至单片机，单片机识别指令并且做出相应的动作。

动作部分的实现原理如下所示：

（1）小车前进后退等由L298N电机驱动模块主控，由单片机给出不同的电平，L298N选择前进后退一个轮子，并且单片机发出PWM波使能驱动以达到调速的目的。这样即可通过两个轮子不同的转向、转速完成不同的动作。

（2）滚轮、刷子、喷水部分也由L298N调速以及驱动旋转完成。

（3）跟踪动作由三个超声波测距模块主控，进入跟踪模式后，三个超声波测距模块不断进行探测，探测到物体给出不同时间的高电平，打开单片机的三个定时器捕获并且对高电平计时。根据探测到的时间进行位置计算，并且依据三个不同方向的距离对小车的位置进行调控，最终达到跟踪的效果。

（4）LED彩灯效果根据不同的线路搭配，不同的时刻给予不同线路的高电平，从而组成不同的“脸谱图”。

（5）第二代产品的“吸尘器”基于一个笔记本电脑散热器改装而成。

3 作品创新点

（1）游戏与劳动相结合（寓学于乐）。这款小车能让小孩在玩的同时做些简单的清洁工作，这是传统玩具所不具备的功能。且由于现在小孩的劳动意识越来越差，这种将玩具车与清扫功能集于一体的设计让孩子们在玩玩具的过程中帮父母干一些力所能及的家务活，从中获得自豪感以及劳动的快乐，可以培养孩子的劳动意识，体现了寓学于乐的理念。

（2）无线技术的应用抛弃了传统的遥控器，使用任何一款安卓智能手机下载一个App就可以控制小车，充分利用了手机重力感应功能及蓝牙功能，让孩子们像玩普通遥控赛车那样来操作玩具小车，可以体会到科技带来的乐趣与方便，有利于激发孩子对未知知识的学习兴趣，摆脱对手机游戏的依赖，也有益于他们的身心健康。此外，该款产品无需花费额外的成本来生产专用的遥控器和电池。

（3）玩具对周围环境和人的感知用超声波测距传感器做跟踪模块，使小车跟随孩子一起移动，实现简单的人机交互，更能使小孩子对科学产生浓厚的兴趣，有利于他们学习，而这也体现了物联网的概念。

（4）集喷水、吸尘、擦拭、刮拭于一体，可拆卸安装。清洁套具可以拆卸、重新安装、重新制作，且使用的材料均可从生活中获得，因此孩子们可以自己动手安装，提高动手能力。

4 市场前景

由于中国消费群体巨大，14岁以下人口共计有3亿多人，其中城市人口达到了8 000万，因此玩具市场十分庞大。而随着近年来电子化、智能化玩具的发展，已逐渐取代传统玩具的地位，成为市场新宠，因此我们的作品能够更好地“侵入”市场。并随着消费者消费理念的更新，我们的产品更合家长“胃口”。目前，家长对幼儿教育极为重视，因此这种集知识、趣味、劳动于一体的玩具具有巨大的发展潜力，且更加高科技，能够极大地激发孩子探索知识的兴趣，也使得家长们多了一条途径来引导教育孩子。寓教于乐在消费层面上满足了家长和孩子两方面的需求。这款新型智能玩具的许多材料都来源于生活，传达出一种节能环保的生活理念，与绿色生活相呼应的同时也节省了成本，更符合可持续发展要求。不同人群，不同种类的玩具消费占比柱状图如图6所示。

5 获奖感言

经过一个月的努力，我们取得了意想不到的好结果，这再次体现了“坚持就是胜利”这一箴言。回想这一个月的历程，有喜悦，有苦恼，有挫折，有失败……但我们团结一心，永不言弃，在朋友与老师的帮助下，不畏困难，再接再厉，最终取得了满意的成绩。同时这件事也告诉我们，不论做什么都不要太在意结果，只要认真地完成这一过程，那结果就不会差。希望我们能在未来继续发扬这种精神，取得更大的成绩！