阅读说明：本技术 电机驱动类玩具的新型控制装置及方法、电机驱动类玩具 (Novel control device and method for motor-driven toy and motor-driven toy ) 是由 蔡思嘉 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电机驱动类玩具的新型控制装置及方法、电机驱动类玩具,装置包括电源模块、音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块,其中,电源模块连接音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块；音频接收模块和电机驱动模块分别连接中心运算模块,音频接收模块用于接收音频信号,根据音频信号的频率将音频信号转换成对应的电信号,并将电信号发送给中心运算模块；中心运算模块用于对电信号进行算法分析,在信号正确的情况下根据电信号生成对应的电机控制指令,并将电机控制指令发送电机驱动模块；电机驱动模块用于根据电机控制指令控制其内部的电机运转。本发明操作方便简单,适用范围广。(The invention discloses a novel control device and a novel control method for a motor-driven toy and the motor-driven toy, wherein the device comprises a power supply module, an audio receiving module, a motor driving module and a central operation module, wherein the power supply module is connected with the audio receiving module, the motor driving module and the central operation module; the audio receiving module and the motor driving module are respectively connected with the central operation module, and the audio receiving module is used for receiving audio signals, converting the audio signals into corresponding electric signals according to the frequency of the audio signals and sending the electric signals to the central operation module; the central operation module is used for carrying out algorithm analysis on the electric signals, generating corresponding motor control instructions according to the electric signals under the condition that the signals are correct, and sending the motor control instructions to the motor driving module; the motor driving module is used for controlling the operation of a motor inside the motor driving module according to a motor control instruction. The invention has the advantages of convenient and simple operation and wide application range.)

电机驱动类玩具的新型控制装置及方法、电机驱动类玩具

技术领域

本发明涉及玩具技术领域，特别涉及一种电机驱动类玩具的新型控制装置及方法、电机驱动类玩具。

背景技术

现今流行的电机驱动类玩具的控制装置包括有电源模块、中心控制模块和电机驱动模块，并且大多都是透过红外线遥控器发出讯号给中心控制模块，而中心控制模块再将收到的信号内容反馈给电机驱动模块来实验电机驱动类玩具移动或飞行。由于这样的玩具都必须透过特定的手动控制方法才能达到效果，对于不熟悉的玩家入门需要一段时间的训练，如是肢体有残缺的人更是不为方便。要是玩家可以用简单的音频就能使电机驱动类升降或行走，不仅不需要繁复的教学就可以马上上手，对于肢体残缺的人也可以进行游玩，享受玩具带来的乐趣。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电机驱动类玩具的新型控制装置，该装置操作方便简单，适用范围广。

本发明的第二目的在于提供一种电机驱动类玩具的新型控制方法。

本发明的第三目的在于提供一种电机驱动类玩具。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种电机驱动类玩具的新型控制装置，包括电源模块、音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块，其中，

电源模块连接音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块，并为这些模块供电；

音频接收模块和电机驱动模块分别连接中心运算模块，音频接收模块用于接收音频信号，根据音频信号的频率将音频信号转换成对应的电信号，并将电信号发送给中心运算模块；

中心运算模块用于对电信号进行算法分析，在音频信号正确的情况下根据电信号生成对应的电机控制指令，并将电机控制指令发送电机驱动模块；

电机驱动模块用于根据电机控制指令控制其内部的电机运转。

优选的，音频信号由发声器或者人嘴发出，或者直接通过扬声器播放；音频信号正确的情况具体是指：音频信号频率位于20Hz～20KHz的范围内。

优选的，电源模块包括DC电源和电源控制电路，DC电源通过电源控制电路连接音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块；

电源控制电路包括电源连接器、充电控制器、开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第一电感，DC电源的正极连接充电控制器，DC电源的负极接地；DC电源的正极还分别连接第八电阻、第一电感和通过第八电容接地；电源连接器的其中一个连接端连接充电控制器和通过第一电阻连接中心运算模块，以及通过串联的第一电阻和第二电阻接地，另一个连接端接地；开关的动端连接中心运算模块，以及通过第三电阻和第一电感连接DC电源正极，开关的其中一个不动端接地。

更进一步的，DC电源为锂电池，充电控制器为锂电池充电管理芯片。

优选的，音频接收模块具有麦克风和麦克风控制电路，电源模块连接麦克风，麦克风通过麦克风控制电路连接中心运算模块；

麦克风控制电路包括第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容，其中，麦克风的其中一个输出端连接第一电容和通过第四电阻连接电源模块，以及通过第二电容接地，麦克风的另一个输出端连接第三电容和通过第五电阻接地，以及通过第四电容接地，第一电容和第三电容均连接至中心运算模块，第四电阻通过第五电容接地，第五电阻通过第六电容连接中心运算模块。

优选的，电机驱动模块具有电机和电机控制电路，电源模块连接电机，电机通过电机控制电路连接中心运算模块；

电机控制电路包括第六电阻、第七电阻、第七电容、第一二极管和场效应管，电源模块的DC电源正极分别通过电机、第七电容和第一二极管连接至场效应管的漏极，其中，第一二极管的负极连接DC电源正极和电机输入端，第一二极管的正极连接电机的输出端和场效应管的漏极，场效应管的栅极通过第六电阻连接中心运算模块和通过第七电阻接地，场效应管的源极接地。

优选的，所述装置还包括连接中心运算模块的指示灯模块，指示灯模块包括两个LED发光二极管、第八电阻和第九电阻，其中一个LED发光二极管作为音频接收指示灯，另一个LED发光二极管作为音频分析指示灯，音频接收指示灯的正极和音频分析指示灯的正极分别连接电源模块的DC电源正极，音频接收指示灯的负极通过第八电阻连接中心运算模块，音频分析指示灯的负极通过第九电阻连接中心运算模块；

中心运算模块用于根据音频信号是否被接收来控制音频接收指示灯的亮灭，用于根据音频信号是否正确可用来控制音频分析指示灯的亮灭。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种电机驱动类玩具的新型控制方法，所述方法应用于本发明的第一目的所述的电机驱动类玩具的新型控制装置，其步骤如下：

电源模块为音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块供电，音频接收模块开始等待接收音频信号；

当音频接收模块接收到音频信号，音频接收模块根据音频信号的频率将音频信号转换成对应的电信号并发送给中心运算模块；

中心运算模块对电信号进行算法分析，在信号正确的情况下根据电信号生成对应的电机控制指令，并将电机控制指令发送电机驱动模块；在信号错误的情况下继续等待接收新的音频信号；

电机驱动模块根据电机控制指令启动其内部的电机；

当音频接收模块持续接收到正确的音频信号，电机驱动模块的电机逐渐加速转动，直至达到设定的转速并以该设定转速稳定运转；

当音频接收模块不再接收到正确的音频信号，电机驱动模块的电机逐渐减速转动，直至停止。

本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种电机驱动类玩具，包括玩具本体和本发明第一目的所述的电机驱动类玩具的新型控制装置，控制装置收容于玩具本体并用于控制玩具的运动状态。

优选的，所述电机驱动类玩具包括可移动玩具或飞行玩具，其中，可移动玩具包括可移动玩具小车、可移动玩具机器人，飞行玩具包括玩具飞行器、玩具飞机。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明电机驱动类玩具的新型控制装置包括音频接收模块、电机驱动模块、中心运算模块和电源模块，能够接收外部音频信号，并根据音频信号的频率高低来控制电机转速，因此，安装有该控制装置的电机驱动类玩具可以通过该控制装置实现对玩具运动状态的控制。有别于之前的红外线传送接收和反射的控制方式，本发明装置不需要手部操作或设置遥控器来操控，利用扬声器播放已有音频、发声器发出音频或者人嘴自己发出即可实现操控，因此操作更方便简单。

(2)本发明控制装置可应用于电机驱动类玩具，例如可移动玩具小车、可移动玩具机器人、玩具飞行器、玩具飞机，适用范围广；并且含有该装置的玩具可适用各年龄层的玩具爱好者，甚至让有肢体障碍的人也可以享受飞行玩具或可移动玩具的乐趣。

附图说明

图1是本发明电机驱动类玩具的新型控制装置的结构框图。

图2是电源控制模块的电路图。

图3是音频接收模块的电路图。

图4是中心运算模块的电路图。

图5是电机驱动模块的电路图。

图6是指示灯模块的电路图。

图7是本发明电机驱动类玩具的新型控制方法的流程图。

图8(a)和图8(b)分别是玩具飞机在不同视角下的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种电机驱动类玩具的新型控制装置，如图1所示，包括音频接收模块1、电机驱动模块2、中心运算模块3和电源模块4。

其中，如图2所示，电源模块包括DC电源和电源控制电路，DC电源通过电源控制电路连接音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块，用于为音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块供电。

电源控制电路包括电源连接器J1、充电控制器U2、开关S1、第一电阻R2、第二电阻R3、第三电阻R5、第八电阻R1、第八电容C3和第一电感FB1。在本实施例中，电源连接器为Power JACK连接器，DC电源为3.7V锂电池，即VCC为3.7V；充电控制器为锂电池充电管理芯片，其型号可为FP4054。

DC电源的正极连接充电控制器，DC电源的负极接地；DC电源的正极还分别连接第八电阻R1、第一电感FB1和通过第八电容C3接地，并且DC电源的电压VCC通过第八电阻R1之后转换成电压VDDA，通过第一电感FB1之后转换成电压VDD。电源连接器的其中一个连接端(连接端3)连接充电控制器和通过第一电阻连接中心运算模块，以及通过串联的第一电阻和第二电阻接地，电源连接器的另一个连接端(连接端1)接地。

开关有一个动端和两个不动端，动端连接中心运算模块，以及通过第三电阻和第一电感连接DC电源的正极，也即是开关的动端通过第三电阻输入电压VDD，开关的其中一个不动端接地，另一个不动端断开设置。在本实施例中，当动端连接到接地的不动端，则代表电路连通，即上电；当动端连接到另一个不动端，则代表电路断开，即断电。

音频接收模块连接中心运算模块，用于接收音频信号，根据音频信号的频率将音频信号转换成对应的电信号，并将电信号发送给中心运算模块。音频信号具体可由发声器发出，也可以是人嘴发出，或者直接通过扬声器播放已有音频。音频内容不限，例如可以是口哨声、歌声或叫喊声。当为口哨声时，发声器对应为哨子。

如图3所示，音频接收模块具有麦克风MK1 MIC和麦克风控制电路，电源模块连接麦克风，麦克风通过麦克风控制电路连接中心运算模块。麦克风用于将音频信号转换成电信号，麦克风控制电路主要用来放大电信号。

麦克风控制电路包括第四电阻R6、第五电阻R7、第一电容C12、第二电容C13、第三电容C15、第四电容C14、第五电容C10、第六电容C16，其中，麦克风的其中一个输出端连接第一电容和通过第四电阻连接电源模块，这里是接入电压VDDA，该输出端还通过第二电容接地，麦克风的另一个输出端连接第三电容和通过第五电阻接地，以及通过第四电容接地，第一电容和第三电容均连接至中心运算模块，第四电阻通过第五电容接地，第五电阻通过第六电容连接中心运算模块。

中心运算模块用于对电信号进行算法分析，在音频信号正确的情况下根据电信号生成对应的电机控制指令。中心运算模块连接电机驱动模块，并将电机控制指令发送电机驱动模块。

音频信号正确的情况具体是指：音频信号频率位于20Hz～20KHz的范围内。在这一范围内，频率越高，电机转速越大。而当中心运算模块判断出电信号所对应的音频信号频率不在20Hz～20KHz范围内，就不会产生电机控制指令。

如图4所示，中心运算模块包括主控制器和相关附加电路，主控制器可采用耗能低的N570F064芯片，音频接收模块、电机驱动模块和电源模块均连接至芯片的不同IO引脚。

相关附加电路例如有芯片的引脚41接入电压VDDA，并且还通过并联的第九电容C1和第十电容C2接地。引脚1接入电压VDD，并通过并联的第十一电容C5和第十二电容C4接地，引脚2通过第十二电容C6接地，引脚9和10接地。

在本实施例中，中心运算模块为了方便调试和后期开发，还设置了Nu-Link编程器ICE1。编程器的其中一个引脚连接电源模块，并输入电压VDD，另一个引脚接地，剩余引脚均连接中心运算模块。

如图5所示，电机驱动模块具有电机和电机控制电路，电源模块连接电机，电机通过电机控制电路连接中心运算模块。电机驱动模块用于根据中心运算模块的电机控制指令控制电机运转。这里电机是指直流电动机。

具体来说，电机控制电路包括第六电阻R9、第七电阻R13、第七电容C11、第一二极管D1和场效应管Q1，DC电源的正极分别通过电机、第七电容和第一二极管连接至场效应管的漏极，其中，第一二极管的负极连接DC电源正极和电机输入端，第一二极管的正极连接电机的输出端和场效应管的漏极，场效应管的栅极通过第六电阻连接中心运算模块和通过第七电阻接地，场效应管的源极接地。

此外，如图6所示，本实施例装置还包括连接中心运算模块的指示灯模块，指示灯模块包括两个LED发光二极管、第八电阻R8和第九电阻R11，其中一个LED发光二极管作为音频接收指示灯，另一个LED发光二极管作为音频分析指示灯，音频接收指示灯的正极和音频分析指示灯的正极分别连接DC电源正极，音频接收指示灯的负极通过第八电阻连接中心运算模块，音频分析指示灯的负极通过第九电阻连接中心运算模块。中心运算模块用于根据音频信号是否被接收来控制音频接收指示灯的亮灭，用于根据音频信号是否正确可用来控制音频分析指示灯的亮灭。因此，玩家可以通过观察音频接收指示灯来判断音频信号是否有被音频接收模块接收，通过音频分析指示灯判断音频信号是否有效。

本实施例还公开了一种电机驱动类玩具，玩具类型包括可移动玩具或飞行玩具，其中，可移动玩具包括可移动玩具小车、可移动玩具机器人，飞行玩具包括玩具飞行器、玩具飞机。

该电机驱动类玩具包括玩具本体和上述控制装置，控制装置收容于玩具本体并用于控制玩具的运动状态。具体来说，当电机驱动类玩具为可移动玩具时，控制装置可以控制玩具朝某一方向前进；当电机驱动类玩具为飞行玩具时，控制装置控制玩具上升或者下降。电源模块中开关S1的控制按键对应设置在玩具本体表面，方便人为控制电源模块的供电。

如图7所示，本实施例还公开了一种电机驱动类玩具的新型控制方法，该方法应用于上述电机驱动类玩具的新型控制装置，步骤如下：

开启电源开关，电源模块为音频接收模块、电机驱动模块和中心运算模块供电，音频接收模块开始等待接收音频信号；

当音频接收模块接收到音频信号，音频接收模块根据音频信号的频率将音频信号转换成对应的电信号并发送给中心运算模块；

中心运算模块对电信号进行算法分析，在信号正确的情况下根据电信号生成对应的电机控制指令，并将电机控制指令发送电机驱动模块；在信号错误的情况下继续等待接收新的音频信号；

电机驱动模块根据电机控制指令启动其内部的电机；

当音频接收模块持续接收到正确的音频信号，电机驱动模块的电机逐渐加速转动，直至达到设定的转速并以该设定转速稳定运转；

对应的，电机驱动类玩具从静止状态逐渐处于稳定运动状态。

当音频接收模块不再接收到正确的音频信号，电机驱动模块的电机逐渐减速转动，直至停止。对应的，处于运动状态的电机驱动类玩具逐渐静止。

例如，参见图8(a)和图8(b)，控制装置位于玩具飞机的圆球5内，当音频接收到信号频率在20Hz～20KHz范围内的音频信号例如口哨时，玩具飞机的上下两排飞机扇6分别在电机驱动模块的驱动下开始转动，若是持续接收该音频信号，上下两排飞机扇最终会稳定旋转，使得玩具飞机能够匀速上升。若是中途改变音频信号的频率，对应的，飞机扇会改变转速，使得玩具飞机上升速度改变。若是停止发出音频信号，对应的，电机驱动模块停止驱动，飞机扇逐渐停止转动且飞机下降，最终玩具飞机静止下来。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。