益智玩具设计与研究

崔海霞 朱健立 陈东亮 陆翔云

摘 要 根据儿童的心理需求，文章阐明了儿童益智玩具设计的基本要素，并提出了儿童益智玩具的设计应该遵循设计原则，它们分别是安全性、人机性、趣味性、益智性、互动性。并以电子有声挂图玩具为例，综合声音模块、按键模块、液晶模块、电源模块、显示模块实现益智玩具设計。

关键词 益智 玩具 设计

中图分类号：TS958.5文献标识码：A

1儿童益智玩具的功能

可促进儿童身体机能协调发展，包括感官发展、身体动作、提高儿童知识与技能，能够很好地培养儿童学习兴趣、提高儿童的思维力和创造力、培养处理儿童社会关系能力。玩具可培养儿童人际关系能力，促进儿童建立正确的价值观、可促进儿童形成良好品格。

2儿童益智玩具的设计原则

儿童益智玩具的安全性体现在儿童正常使用玩具的过程中，不受到来自玩具方面的任何伤害，即使在无意识中进行了错误的操作，也能将伤害降到最低限度，从而保证儿童的安全;儿童益智玩具的人机性，表现在玩具的简洁、易用方面，并且要适合儿童的操作习惯;儿童益智玩具的益智性表现在开发儿童智力、创造力等潜能方面;儿童益智玩具的互动性体现在参与、互动，带给儿童身体和心理上的满足。

3电子有声挂图玩具的设计

电子有声挂图玩具集成内容播放、回放、练习、测试、音乐等功能。具体硬件电路和软件设计如下：

3.1系统硬件电路设计

3.1.1 LCD1602液晶显示

益智玩具要具有现实的功能，显示功能的实现可以通过LCD1602液晶来实现，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。LCD1602液晶模块采用HD44780控制器，HD44780具有简单而功能较强的指令集，可以实现字符移动，闪烁等功能。

3.1.2扬声器部分

益智玩具要具有现实播放声音的功能，可以通过扬声器来实现，扬声器采用的是直径4CM，8欧，0.5W的小喇叭，播放声音准确清楚。通过一端接地，一端接PNP三极管的集电极，三极管的基级接一个可调电阻，进行调节扬声器发出的声音。

3.1.3独立按键电路的设计

本设计中设置有按键电路，通过几个独立按键进行人机交互。人机交互功能是益智玩具的重要功能，可以通过简单的按键来实现。按键通过一点连接单片机的I/O口一端连接电源地。这样设计是因为单片机的I/O在悬空没有作为输出的情况下是默认高电平的，在按键没有按下则相当于该I/O处于悬空状态。当按下后I/O口的电平就会被拉低，这样单片机只需要进行循环的检测I/O口是否有出现低电平就可以判断是否有按键按下，当然这种按键是金属解除的方式所以会有抖动纹波的情况，所以在程序中需要适当的加上短暂的延时消抖。

3.2软件设计

函数的开头一般都是先对单片机和一些外围器件需要进行初始化才能正常使用。在主程序的设计中需要注意的是主函数中不宜放过多的代码，具体的代码一般都是采用函数进行封装然后在主函数进行调也可以方便阅读修改。

3.2.1 LCD1602显示函数的设计

LCD1602的显示只需要严格的按照厂家的时序要求进行编程就可以完成显示。LCD602的液晶显示首先需要将需要显示地方的地址通过命令写入，然后将数据按顺序的进行写入即可。在写入地址后显示第一个内容后地址会自动加一。函数名lcd1602_write_character（uchar x，uchar y，uchar *p），参数为x，y，*s，其中的x，y表示在液晶显示屏上的位置坐标，*s是需要显示的字符数组。软件根据输入需要显示的位置坐标计算出地址。

4益智玩具方案的确定与深化

通过从不同角度的选择，进行进一步的深化，选择合适的方案，主要考虑到以下因素：玩具简约而不简单，便于加工，而且更能综合性的开发儿童的各方面能力;体现了益智玩具的设计原则，安全性、趣味性、益智性、互动性;该款玩具的难易程度适宜，既不至于太简单进而导致儿童很快失去兴趣。

5结论

本文介绍了儿童益智玩具的设计应该遵循设计原则，它们分别是安全性、人机性、趣味性、益智性、互动性。最后以电子有声挂图玩具为例，通过硬件电路设计和软件程序优化实现了益智玩具设计。

参考文献

[1] 张道一.工业设计全书[M].南京：江苏科学技术出版社，1993.

[2] 尹定邦.设计学概论[M].长沙：湖南科学技术出版社，1999.

[3] 李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[4] 王法能.单片机原理及应用[M].科学出版社，2004.

[5] 楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[6] 胡汗才.单片机原理与接口技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[7] 王萍.电子技术实验教程[M].机械工业出版社，2009.