本發(fā)明涉及玩具領(lǐng)域，尤其涉及一種兒童益智電腦鼠。

背景技術(shù)：

“電腦鼠”是使用嵌入式微控制器、傳感器和機(jī)電運動部件構(gòu)成的一種智能行走裝置(微型機(jī)器人)，電腦鼠可以在不同“迷宮”中自動記憶和選擇路徑，采用相應(yīng)的算法，快速地達(dá)到所設(shè)定的目的地。迷宮路徑變幻莫測，優(yōu)良的算法和穩(wěn)定的硬件系統(tǒng)是電腦鼠走迷宮競賽取勝的關(guān)鍵。

現(xiàn)有技術(shù)中：電腦鼠的操控復(fù)雜，需要學(xué)員有一定的計算機(jī)語言編程能力和電路電子知識，目前電腦鼠的學(xué)習(xí)與使用僅限于大學(xué)生群體。電腦鼠作為智能電子產(chǎn)品，具有一定的使用趣味性，對于開發(fā)智力思維和提高實踐能力具有重要的意義。而電腦鼠未被作為一種玩具，未能被兒童群體使用。

因此，有必要提供一種技術(shù)手段以解決上述缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種兒童益智電腦鼠，提出新的硬件結(jié)構(gòu)和使用方法，使其操作簡單、趣味性強(qiáng)，可以成為一種玩具適于兒童群體使用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種兒童益智電腦鼠，所述系統(tǒng)包括控制電腦鼠運動的運動控制子系統(tǒng)，檢測電腦鼠前方有障礙物以及沒有障礙物的避障子系統(tǒng)，檢測電腦鼠運動速度的車速檢測子系統(tǒng)，電腦鼠與外界進(jìn)行信息交換的通信子系統(tǒng)，為整個電腦鼠硬件電路供電的電源子系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述控制電腦鼠運動的運動控制子系統(tǒng)還包括驅(qū)動電腦鼠電機(jī)運轉(zhuǎn)的雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路，以及用來矯正電腦鼠轉(zhuǎn)彎時的姿態(tài)和轉(zhuǎn)彎角度的陀螺儀控制電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述驅(qū)動電腦鼠電機(jī)運轉(zhuǎn)的雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路還包括控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的脈寬調(diào)制控制接口，

所述用來矯正電腦鼠轉(zhuǎn)彎時的姿態(tài)和轉(zhuǎn)彎角度的陀螺儀控制電路還包括為陀螺儀控制電路提供正常工作電壓的第一穩(wěn)壓電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述檢測電腦鼠前方有障礙物以及沒有障礙物的避障子系統(tǒng)還包括紅外發(fā)射電路，以及接收所述紅外發(fā)射電路發(fā)出的紅外光的紅外接收電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述紅外發(fā)射電路還包括人機(jī)接口，

所述紅外接收電路還包括為紅外接收電路提供正常工作電壓的第二穩(wěn)壓電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述人機(jī)接口還包括調(diào)節(jié)紅外發(fā)射電路，

所述紅外接收電路還包括控制電腦鼠運動的刷卡電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述檢測電腦鼠運動速度的車速檢測子系統(tǒng)還包括電機(jī)編碼器。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述電腦鼠與外界進(jìn)行信息交換的通信子系統(tǒng)還包括無線通信接口電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述電腦鼠與外界進(jìn)行信息交換的通信子系統(tǒng)還包括下載接口電路。

進(jìn)一步地，上述方法還可具有以下特點，所述為整個電腦鼠硬件電路供電的電源子系統(tǒng)還包括電池。

本發(fā)明實施例的兒童益智電腦鼠，內(nèi)部采用集成電路形式，外部采用絕緣塑料外殼防護(hù)，增加了電腦鼠的抗干擾能力，穩(wěn)定性高。電腦鼠外形設(shè)計為老鼠形式，極大地吸引了兒童的喜愛程度。迷宮擋板千變?nèi)f化，增加了兒童的動手搭建能力以及對事物的觀察能力。電腦鼠的運動使用刷卡控制，使其操作簡單、趣味性強(qiáng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將列出實施例描述中所需要使用的附圖：

圖1是本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中雙路H橋電機(jī)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中陀螺儀控制的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中避障子系統(tǒng)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中通信子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的模型示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的工作流程圖；

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實施例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，根據(jù)本發(fā)明精神所獲得的所有實施例，都屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例中兒童益智電腦鼠由主控制器控制外圍電路，所述外圍電路主要包括紅外接收電路、紅外發(fā)射電路、陀螺儀控制電路、雙路H橋驅(qū)動電路、電機(jī)、編碼器、人機(jī)交互接口。

所述紅外發(fā)射電路和紅外接收電路用于檢測電腦鼠前方、左方、右方有障礙物以及沒有障礙物。電腦鼠在迷宮中運動，需要實時監(jiān)測電腦鼠周圍的墻壁資料信息以及與迷宮擋板的距離。

所述陀螺儀控制電路用于電腦鼠在迷宮中轉(zhuǎn)彎。由于電腦鼠在弧形轉(zhuǎn)彎的運動過程中，會因為重心轉(zhuǎn)移或者迷宮地板上的灰塵而造成輪胎打滑，導(dǎo)致電腦鼠產(chǎn)生姿態(tài)上的誤差，從而降低了電腦鼠在迷宮中運動的穩(wěn)定性，陀螺儀控制電路主要用于克服電腦鼠因為重心轉(zhuǎn)移或者迷宮地板上的灰塵而造成輪胎打滑，以及矯正電腦鼠在弧形轉(zhuǎn)彎姿態(tài)上的誤差。

所述雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路用以控制電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動。電腦鼠在迷宮中搜索前進(jìn)時會遇到前方、左方、右方?jīng)]有路的事件，這時需要控制電腦鼠兩個執(zhí)行電機(jī)，所述電腦鼠的兩個執(zhí)行電機(jī)包括控制左輪胎的左側(cè)執(zhí)行電機(jī)和控制右輪胎的右側(cè)執(zhí)行電機(jī)，完成原地轉(zhuǎn)彎有兩個方案，方案一：使左側(cè)執(zhí)行電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，右側(cè)執(zhí)行電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，電腦鼠原地右轉(zhuǎn)180度，完成原地掉頭轉(zhuǎn)彎；方案二：使左側(cè)執(zhí)行電機(jī)反向轉(zhuǎn)動，右側(cè)執(zhí)行電機(jī)正向轉(zhuǎn)動，電腦鼠原地左轉(zhuǎn)180度，完成原地掉頭轉(zhuǎn)彎。

所述編碼器用以檢測電腦鼠的運動速度。控制電腦鼠在迷宮中運行速度的卡分為：小烏龜卡、小花貓卡和小白兔卡，所述小烏龜卡指的是控制電腦鼠低速運行的卡，所述小花貓卡指的是控制電腦鼠中速運行的卡，所述小白兔卡指的是控制電腦鼠高速運行的卡。兒童自己動手搭建迷宮格，通過觀察來選擇不同速度的卡。

圖2為本發(fā)明實施例中雙路H橋電機(jī)驅(qū)動的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實施例中，所述主控制器為雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路提供控制指令，所述雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路控制右側(cè)執(zhí)行電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動以及左側(cè)執(zhí)行電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動，所述電源為雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路提供工作電流與工作電壓。

在一個具體的應(yīng)用中，這種電機(jī)驅(qū)動的優(yōu)點在于只需要2路PWM波就能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)的正向轉(zhuǎn)動和反向轉(zhuǎn)動的控制，配合PWM技術(shù)，調(diào)節(jié)電機(jī)電樞兩端的平均電壓，進(jìn)而控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置。這樣的電路設(shè)計可以避免全橋電路上、下橋臂的MOSFET同時導(dǎo)通，以防止電路上和程序上的錯誤導(dǎo)致全橋電路燒毀。為了使全橋電路擁有一個固定的狀態(tài)，在每個直流電機(jī)驅(qū)動器輸入端加入上拉電阻。在沒有狀態(tài)輸入時，工作于剎車狀態(tài)，防止當(dāng)處理器在程序燒入時輸出引腳不穩(wěn)定，產(chǎn)生誤動作。

圖3為本發(fā)明實施例中陀螺儀控制的結(jié)構(gòu)示意圖。在本發(fā)明實施例中，所述第一穩(wěn)壓電路為陀螺儀控制電路提供正常的工作電壓，所述主控制器與陀螺儀控制電路進(jìn)行I²C總線通信。

圖4為本發(fā)明實施例中避障子系統(tǒng)示意圖。在本發(fā)明實施例中，所述紅外發(fā)射電路檢測前方有擋板以及沒有擋板、電腦鼠距離迷宮擋板的距離。所述紅外接收電路接收迷宮擋板反射的紅外光，所述紅外光由紅外發(fā)射電路發(fā)射。所述第二穩(wěn)壓電路為紅外接收電路提供正常的工作電壓。

圖5為本發(fā)明實施例中通信子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，在本發(fā)明實施例中，所述上位機(jī)與下載接口電路通過USB接口相連。所述無線通信接口電路包括與上位機(jī)進(jìn)行無線通信的藍(lán)牙模塊。

下面通過具體應(yīng)用示例對本發(fā)明實施例中的兒童益智電腦鼠作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖6為本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的模型示意圖。如圖6所示，本示例中，主控制器1包含豐富的I/O接口，是電腦鼠的核心控制器，為整個系統(tǒng)提供資源配置，控制電腦鼠的運行以及存儲紅外傳感器組2檢測到的迷宮墻壁資料。晶振7為主控制器1提供正常工作所需要的時鐘周期。

紅外傳感器2安裝在PCB板9的前部，這樣設(shè)計的目的在于可以及時監(jiān)測電腦鼠前方的道路狀況：是有障礙物還是沒有障礙物，紅外傳感器2包含紅外發(fā)射電路和紅外接收電路，電腦鼠在迷宮中運行，需要實時監(jiān)測電腦鼠周圍的墻壁信息，進(jìn)而控制電腦鼠下一步的執(zhí)行狀況，紅外傳感器2檢測到的墻壁信息存儲在主控制器1中，在電腦鼠搜索到迷宮終點后取出主控制器1中存儲的墻壁信息，通過主控制器1中使用的算法，找出最優(yōu)路徑回到迷宮起點，回到起點后再進(jìn)行一次以最優(yōu)路徑從迷宮起點快速到達(dá)迷宮終點的沖刺狀態(tài)，在沖刺狀態(tài)中，紅外傳感器2主要用于電腦鼠姿態(tài)的矯正。

在電腦鼠搜索和沖刺時，均需要電機(jī)10控制電腦鼠來執(zhí)行運動動作，主控制器1傳輸?shù)碾姍C(jī)控制信號與電機(jī)10由電機(jī)接口電路13進(jìn)行傳輸，電機(jī)10在執(zhí)行運動動作時，所需要正轉(zhuǎn)的圈數(shù)和反轉(zhuǎn)的圈數(shù)由電機(jī)編碼器4進(jìn)行計算，電機(jī)10的正常運轉(zhuǎn)由雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路3進(jìn)行驅(qū)動，而在轉(zhuǎn)彎階段，陀螺儀5控制電腦鼠轉(zhuǎn)彎的角度，陀螺儀5與雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路3相距1厘米，這樣做的目的是克服雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路3在工作時溫度上升影響陀螺儀5正常工作，使陀螺儀產(chǎn)生溫漂，從而使電腦鼠的轉(zhuǎn)彎角度產(chǎn)生誤差。雙路H橋電機(jī)驅(qū)動電路3和陀螺儀5所需的供電電壓由穩(wěn)壓芯片8提供。

兒童益智電腦鼠的下載接口16與上位機(jī)通過USB接口相連，控制電腦鼠運動的底層驅(qū)動程序與上層算法均通過下載接口下載到主控制器1內(nèi)存中。

刷卡電路接口17外接刷卡電路，兒童通過觀察所搭建的迷宮，選擇不同的卡在刷卡電路上刷取來控制電腦鼠的運動。

為了增加兒童的興趣，通過藍(lán)牙接口6外接藍(lán)牙模塊，將迷宮信息上傳到上位機(jī)，通過上位機(jī)軟件更加直觀的顯示電腦鼠在迷宮中的運動狀況。

機(jī)械設(shè)計主要對傳動齒輪、輪彀和電機(jī)支架進(jìn)行了設(shè)計。PCB板(9)作為系統(tǒng)的車體，左、右車輪結(jié)構(gòu)相同，安裝在車體兩側(cè)，輪彀(11)與電機(jī)(10)通過齒輪嚙合，電機(jī)(10)軸端固定在支撐板(12)上，支撐板(12)安裝在PCB板(9)上。

整個兒童益智電腦鼠的所需電流和電壓由電池接口15外接1節(jié)8.4V鋰電池。

電腦鼠在刷卡之前需要按下啟動等待按鈕14。

圖7為本發(fā)明實施例中兒童益智電腦鼠的工作流程圖：

電腦鼠打開電源開關(guān)后首先進(jìn)行系統(tǒng)硬件初始化和讀取紅外存儲值。

當(dāng)啟動鍵按下后，電腦鼠處于等待狀態(tài)，這時刷不同的卡就可以控制電腦鼠不同的運動狀態(tài)，當(dāng)檢測到兒童刷的是搜索狀態(tài)的卡時，電腦鼠便在迷宮中進(jìn)行搜索前進(jìn)。

電腦鼠可以在迷宮中四個角的任意方向作為起點，為了方便記憶路徑，采用坐標(biāo)記憶路徑，電腦鼠的默認(rèn)起點為(0，0)點，并且規(guī)定當(dāng)電腦鼠檢測到第一個路口左方有路時，電腦鼠內(nèi)部程序需要進(jìn)行一次坐標(biāo)變換，起點由(0，0)點變?yōu)?F，0)點；當(dāng)電腦鼠檢測到第一個路口右方有路時，電腦鼠內(nèi)部程序不需要進(jìn)行坐標(biāo)變換。

電腦鼠在迷宮中搜索前進(jìn)時不斷進(jìn)行是否到達(dá)迷宮終點的判斷，當(dāng)判斷到達(dá)迷宮終點時，電腦鼠會以最短路徑到達(dá)起點，回到起點后電腦鼠會進(jìn)行一次最短路徑?jīng)_刺，當(dāng)判斷到達(dá)終點后，電腦鼠會回到起點，并且停止運行，否則的話繼續(xù)運行。

當(dāng)電腦鼠搜索到終點后，電腦鼠會記憶搜索過的路徑，并進(jìn)行規(guī)劃，找到搜索過的路徑中的最短路徑，這時可以刷控制沖刺狀態(tài)的卡，電腦鼠便在迷宮中直接以最短路徑?jīng)_刺到達(dá)迷宮終點。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。