br>[0016]优选地，MCU单元采用LM3S1138芯片作为主控制器。LM3S1138芯片是基于ARMCortex-M3处理器内核的一款高性能、具有丰富管脚和良好兼容性的芯片。LM3S1138芯片电路图，如图4所示。工作中，MCU单元根据角度检测模块反馈的风力摆角度信息，结合参数设定单元中输入的目标信息，采用PID算法进行计算，根据需求控制量的不同，生成相应的PWM波，并传达至电机驱动单元，以此实时地控制风机组运动。
[0017]图5为电机驱动单元的优选电路图。电机驱动单元采用型号为HIP4082的MOS管驱动芯片，具有较好的性能和较高的可靠性，并具有较大的电流，以此驱动由四个空心杯电机组成的风机组，可为风力摆提供较强的动力。工作中，根据MCU单元发送的P丽波信息，控制风机组的风机转速。
[0018]图6为参数设定单元的优选电路图。参数设定单元采用ZLG7290串行输入输出可编程键盘/显示芯片组成的按键电路，ZLG7290能够管理多达64只按键，其内部含有译码电路，可以简化程序，并且采用I2C总线方式。可以节约管脚资源。工作中，由此输入控制要求，由该单元发送至MCU单元，进行处理运算，最终实现控制风力摆。
[0019]图7为液晶显不单兀的优选电路图。液晶显不单兀米用LCD12864的液晶显不屏，带有中文字库，可直观的显示中文界面。LCD12864液晶显示屏与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且价格也低于相同点阵的图形液晶模块。工作中，本发明通过液晶显示单元显示操作界面，及风力摆当前信息和更多自定义的信息，实现友好的人机交互体验。
[0020]图8为语音提示单元的优选电路图。语音提示单元采用ZY1730语音芯片，ZY1730语音芯片采用模拟处理存储方式，音频数据无须数字压缩，这种存储方式基本消除了常见的背景噪音，从而可以提供更优质的语音；同时，语音内容即使在电路断电后也不会丢失，从而保证了数据的完整和系统的稳定。工作中，语音提示单元会在开始、控制操作和实现控制要求时，发出友好的语音提示，增加了使用效率和趣味性，有利于娱乐和学习更好的结合。
[0021]如图9所示，一种风力摆玩具的工作流程。结合图9，对风力摆玩具的使用方法做具体介绍，具体包括如下步骤:
步骤一.对角度检测模块、控制驱动模块、人机交互模块进行初始化；
步骤二.人机交互模块中的参数设定单元输入控制要求或控制参数，人机交互模块将输入控制量发送至控制驱动模块中的MCU单元，MCU单元根据控制量和角度检测模块实时反馈的当前量计算并产生相应占空比的PWM波，通过PWM波驱动电机驱动单元控制电机转速；其中MCU单元具体工作如下:
打开MCU单元中的MCU的定时器和中断，输出相应的P丽波，通过电机驱动单元驱动电机，使风力摆摆动；同时角度检测模块测量摆杆的角度，并实时将数据传送给MCU单元;同时MCU单元从参数设定单元接收风力摆的目标角度信息，并对摆杆目标角度信息与摆杆当前角度进行比较，使用PID算法对摆杆进行稳定控制;MCU单元实时检测角度检测模块发送的摆杆目标角度信息，并根据收到的摆杆目标角度信息随时更改PID控制算法数据和控制摆杆的摆动；
步骤三.角度检测模块实时检测风力摆角度信息，并将摆风力变角度信息发送给控制驱动模块，控制驱动模块将风力摆角度信息发送给人机交互模块;人机交互模块中的液晶显示单元显示风力摆角度信息;语音提示单元在风力摆实现要求时，进行语音提示。
【主权项】
1.一种风力摆玩具，主要包括受控主体、角度检测模块、控制驱动模块、人机交互模块； 受控主体由支架、万向节、刚体细管、风机组、低输出激光笔(功率小于0.4mW)、具有角度和长度刻度的同一圆心的圆环组成的参考图构成;其中刚体细管、风机组、低输出激光笔(功率小于0.4mW)构成了风力摆单元； 角度检测模块使用型号为MPU60 50的测角度模块，实时的将风力摆的角度信息反馈到控制驱动模块； 控制驱动模块包括单片微控制器单元、电机驱动单元;MCU单元在工作中负责计算相应的电机控制量，由电机驱动单元直接驱动风机组； 人机交互模块包括参数设定单元、液晶显示单元、语音提示单元;角度检测模块实时反馈风力摆角度信息，M⑶单元通过液晶显示单元显示角度实时值和当前风力摆状态;M⑶单元根据反馈和参数设定单元的设定值，通过PID算法计算电机驱动量;电机驱动单元根据相应占空比的PWM波，驱动电机来实现摆动;最终，在风力摆达到目标后语音提示单元进行语音提示；以上模块均采用5V电压供电。2.如权利要求1所述的一种风力摆玩具的使用方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 步骤一.对角度检测模块、控制驱动模块、人机交互模块进行初始化； 步骤二.人机交互模块中的参数设定单元输入控制要求或控制参数，人机交互模块将输入控制量发送至控制驱动模块中的MCU单元，MCU单元根据控制量和角度检测模块实时反馈的当前量计算并产生相应占空比的PWM波，通过PWM波驱动电机驱动单元控制电机转速；其中MCU单元具体工作如下: 打开MCU单元中的MCU的定时器和中断，输出相应的P丽波，通过电机驱动单元驱动电机，使风力摆摆动；同时角度检测模块测量摆杆的角度，并实时将数据传送给MCU单元;同时MCU单元从参数设定单元接收风力摆的目标角度信息，并对摆杆目标角度信息与摆杆当前角度进行比较，使用PID算法对摆杆进行稳定控制;MCU单元实时检测角度检测模块发送的摆杆目标角度信息，并根据收到的摆杆目标角度信息随时更改PID控制算法数据和控制摆杆的摆动； 步骤三.角度检测模块实时检测风力摆角度信息，并将摆风力变角度信息发送给控制驱动模块，控制驱动模块将风力摆角度信息发送给人机交互模块;人机交互模块中的液晶显示单元显示风力摆角度信息;语音提示单元在风力摆实现要求时，进行语音提示。
【专利摘要】一种风力摆玩具，主要包括受控主体、角度检测模块、控制驱动模块、人机交互模块；通过驱动风机，来实现按要求完成空中悬停、自定义摆动、通过低输出激光笔（功率小于0.4mW）画线、画几何图形等运动控制功能。可以将自动化控制理论等学科知识“寓教于乐，寓学于乐”，同时在经济性、实用性上又适合青少年的玩具。
【IPC分类】G09B19/22, A63H33/00, A63H33/26
【公开号】CN105641951
【申请号】
【发明人】金余义, 叶文斌, 吴万特
【申请人】青岛工学院
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年1月4日