董婧雯

摘要： 随着人工智能Alpha Go一路过关斩将，战胜围棋界翘楚，人工智能产品在全球掀起狂潮。为探究智能遥控车的工作原理及发展前景，文章以红外遥控避让玩具车为出发点，从心理学、人机协调、设计美学及工业制造等方面分析了红外遥控避让玩具车概念模型的可行性。该玩具车售众为儿童，在兼顾外观美观的同时，其红外线自动避让功能也保证了产品的安全性，顺应了产品智能化这一潮流，使产品具备了更高的吸引力与文化内涵。

关键词： 红外遥控;红外避让;玩具车;概念模型;工业设计

中图分类号： TP368.12;TP872    文献标识码： A    文章编号： 1672-9129（2018）09-0046-02

Absrtact：  with the passing of artificial intelligence Alpha Go， victory over go world leader， artificial intelligence products in the world set off a frenzy. In order to explore the working principle and development prospect of intelligent remote control vehicle， the article takes infrared remote control to avoid toy car as the starting point， from psychology， human-machine coordination， The feasibility of the concept model of infrared remote control avoiding toy car is analyzed in the aspects of design aesthetics and industrial manufacture. This toy car is sold as a child， its infrared ray automatic avoidance function also ensures the safety of the product， conforms to the trend of intelligent product， and makes the product have higher attraction and cultural connotation.

Key words：  infrared remote control; infrared avoidance; toy car; conceptual model; industrial design

1 引言

人类社会在发展进程中，自动机械化大幅度替代了单调的手工操作，生产生活中越来越多的产品正逐步被人工智能理念所替代，其中市场中具有自动倒车入库功能的产品已经引起了轩然大波，传统的全手动操控产品已经无法维持市场优势和地位。为加深对智能遥控车的工作原理及发展前景的理解，本文提出了红外遥控避让玩具车这一概念模型。该模型增添了无人化遥控的优势，发展潜能巨大，借助红外遥控编码解码及红外自动避让系统，改进了传统玩具小车在遥控便捷程度和使用安全方面的不足，保障了儿童的使用安全。该模型在构建过程中应用Arduino单片机来实现程序的操作运行，通过在Mixly软件中编写的程序上传到电路板，并與Arduino单片机连接的红外传感器感知外界环境，进而由马达舵机等装置反馈给环境，实现“人—机—环境”一体化。在研制过程中，虽然该模型具有自动避让功能，却还是离不开人工操作，需要人与机器的共同协调，这也是下一步努力开发、改进的方向。

2 设计方案

2.1总体结构.产品控制系统应用的元部件有红外发射器（多按键遥控器）、红外接收器、红外传感器（应用于红外避让功能）、电池盒及电池、Arduino单片机及若干导线，其基本安装结构如图1所示。其中小车前两小轮为万向轮，后两小轮为被马达驱动的车轮，采用两轮驱动两轮转向模式。该模式虽无法实现较为复杂的转弯，但足以满足儿童玩具的需要。两个驱动轮通过舵机与马达连接，其中万向轮旁边各有一个红外传感器，车尾安装红外接收器。

2.2红外避让系统设计原理。目前常见的避让系统大都应用超声波测距原理，即小车发出超声波撞到障碍物后反弹，通过计算两者时间差从得到小车与墙壁的瞬时距离，随后执行具体指令，如下图2所示。当距离小于或等于某一定值时小车停止运动（也可自定义为倒车等动作）。

本车应用的是红外避让系统，该系统与超声波并无太大区别，只是超声波系统改变距离临界值数据需在程序中进行修正，而红外避让器可在设备外手动调节。该系统增添了一些人机交互的功能，使产品更为人性化、智能化。其原理与超声波测距避让系统十分相似，具体可参见文献[1]，这里不过多赘述。在此主要说明本车安装双红外的意图：在程序中设计两套系统，使得左侧红外避让仪感知到障碍物时小车向右后倒车，右侧红外避让仪感知到障碍后向左后倒车，这种做法改善了红外传感器的区域局限性，同时也避免了儿童操作不当带来的对产品的损伤或是人身安全的损害，提高了产品的使用期限。

2.3红外遥控系统设计原理。红外发射器和红外接收器组成红外遥控系统，其中红外发射器可根据使用者指令发出频率不同的红外线，接收器接收到相应指令后行使相应功能。首先，利用传感器或其它途径测定指定按键发出的红外线的编码（以一组十六进制数呈现），从而保证系统准确无误地被系统接收而不受外界环境的干扰。其次是编程环节，该系统运用Mixly软件进行编程（Mixly图形化编程工具描述详见文献[2]），使系统接收到指定频率的红外线后执行如图3所示的数字输出和模拟输出：舵机旋转角度、轮胎转速，从而达到小车“被遥控”的效果。

举个例子：首先利用红外接收器在串口监视器中得到按键“↑”发出的红外线的十六进制脉冲码“0xFD807F”，若接收到红外线则执行“goAhead”函数，其中函数名称为用户自定义，如图4所示（用户可自定义为“转速、舵机角度”）。

2.4产品色彩构型设计。在群众审美变化方面，社会环境、民族文化和生理心理变化等都会影响到群众对于审美的变动。考虑到玩具车的消费人群为儿童，在不同灰度的色彩中，儿童的视觉对明亮的颜色的敏感度更高，如图5色彩对比所示，明度较高的四种颜色会使人浏览时感到更轻松愉快，“主要的视觉必须最突出，最具有吸引力，而且只能有一个”[3]，因此该模型在设计过程中选择能够第一时间引起视觉敏感的正红色作为主题车身的颜色，其余辅助颜色为次要中心。根据心理学原理，红色更容易引起人兴奋和激动，因此在儿童使用该玩具车时更易产生心理上的愉悦感，增强使用感受。在设计装饰花纹时考虑到玩具车的行驶速度受限，我决定采用”动态线“来增加玩具车的流畅感和速度感，使玩具车最基础的特点得到展现。如下图：下方小车相较上方明显更具动感。

在该模型构型方面主要考虑产品的稳定性。“稳定是指造型物上下间的关系”[3]，为保证造型物的实际稳定及视觉稳定，该模型将Arduino单片机、红外传感器及电池盒等重量较大的物体固定在车的地板上，而数据线和电源线这类可弯折灵活原件利用保护管固定在车壳内表面。玩具车的基本形状采用底宽高窄的梯形，具体构型如图6所示，下部采用深色着色，并增加上文中的“动态线”装饰，上部则采用浅色着色并余留大片空白，简单来说就是“下繁上简”，使使用者从视觉上产生下重上轻，车身十分稳重的心理暗示。

2.5控制器设计。该模型的控压器装置采用按压控制器中的按钮控制器。由图7和表1可知，这类控制器的视觉辨别位置较好但触觉辨别位置较差，因此可选用颗粒感磨砂感较强的材质制作按键表面以弥补按钮控制器的缺陷，同时也发挥这类控制器的优势，使其操作界面简洁明了。例如幼儿看到按键“↑”可以轻松联想到“goAheah”所代表的前进功能。

3 软件设计

本车程序应用北师大自主研发的中学生编程软件Mixly而完成。该程序由红外遥控和红外避让两部分组成。其中红外避让优先级更高，即当遇到障碍物时会先执行倒退指令而非用户控制器输入的指令，保证了无论在何种操纵环境下能做到先保证安全，再判断可控制性。本人多次实验并改良参数（红外传感器相应的距离临界值），证实该软件结构具有合理性。

4 设计主要创新特征

在人机协调可持续发展分析方面，为适应时代发展的需要，本车设计时做出以下创造性工作。一是适应科学技术的发展。工业设计过程中需依附新技术的应用，概念模型应用红外避让传感器可达到基础层面的人工智能效果。二是产品功能的转化。玩具车大多功能专一，而概念车具有强大的发展空间，能够添加更多的功能。

5 结论与展望

该模型结构简单，制作简便，构件价格低廉。我根据该模型制作了初步样机，能顺利实现红外遥控和自动避让功能。此外，小车内部程序也简洁易懂，易于扩展升级，可根据不同需求增加不同传感器和原件，实现更多方面功能，例如：行驶时播放音乐、行驶时吸附垃圾碎屑等，这些设想我都分别制作了不同小车并进行了相应实现，但却未能将这些功能很好的融合在一个小车上并达到和谐的统一，这也是我未来研发思考的方向。

参考文献：

[1]张珩，刘亚杰.AT89C52 超声波测距倒车防撞报警系统[J].现代电子技术，2010（3）：205-210.

[2]傅骞，罗开亮，陈露.面向创客教育普及的Mixly 图形化编程工具开发[J].2016，26（1）：120-126.

[3]王曾，徐江才.工業设计[M].安徽：安徽美术出版社，2004.