一、原现有设备
我们选择的是一种称为机器猫的玩具。当装入电池并接通开关后，它即可向前行走，同时双眼闪烁，并发出猫叫声。先检查其内部电路，其内部电路原理框图如下图所示。通电后，由电池带动电动机，机器猫行走；点亮置于眼部的灯，双眼闪烁；触发事先录好声音的音乐芯片，发出了猫叫声。在这里我们将电动机、灯泡与发声部分统称为活动部分。
将该玩具的驱动部分进行改装，由简单的手动开关控制运动改为可以实现声控、光控和磁控。为了实现这一点首先要加入合适的传感器以获取外界信号，其次设计适当的电路对获取的信号进行处理，使它具有控制活动部分的能力，最后就是系统实验和调试。
二、改装的原理及实现
首先是选取实现声控、光控、磁控的信号获取原件。我们选取了驻极式麦克风、光敏三极管(红外线接收管)、干簧管来获取外界环境中的声、光、磁信号。
1．元器件的选取
驻极式麦克风是把外界声音信号转化为电信号的传感器，见下图(a)。它由一片很轻的振动膜及驻极电荷的背极板所组成，随着音波的流入使金属振动板振动时，振动板与电极板会随音波的振动，产生距离上的变化，即静电容量的变化。这样，驻极式麦克风就将外界的声音信号转化为了电信号。
光敏三极管(红外线接收管)，见下图(b)由两个PN结组成。它的发射极具有光敏特性。它的集电极则与普通晶体管一样，可以获得电流的增益，但基极一般没有引线。光敏三极管有放大作用。当遇到光照时，集电极与发射极两级导通。我们为了避免外界自然光线对其的影响，选取了红外线接收管。即只有当红外线照射到接收管上的时候，才能实现集电极与发射极的导通。
干簧管是利用磁场信号来控制的一种线路开关器件，见下图(c)，又叫“磁控管”。它由一对磁性材料制造的弹性舌簧组成，密封于玻璃管中，舌簧端面互叠留有一条间隙，触点镀有一层贵金属，玻璃管中还灌有一种叫金属铑的惰性气体，使开关具有稳定的特性和延长使用寿命。当恒磁铁或线圈产生的磁场施加于开关上时。开关两个舌簧磁化，若生成的磁场吸引力克服了舌簧的弹性产生的阻力，舌簧被吸引力作用接触导通，及电路闭合。一旦磁场力消除，舌簧因弹力作用又重新分开，即电路断开。此处所用的干簧管为常开型。干簧管实现了将磁信号转化为电信号。
2．电路设计
接下来就是设计电路，使获取的的外界信号能控制电路。因为从外界获取的声音、光、磁信号都比较微弱，尤其是声音信号，因而我们设计了放大电路。通过放大电路对获取的信号的处理，实现了外界信号对活动部分的控制。电路图如上图，系统框图如下图。
声音信号获取即为麦克风，磁信号获取即为干簧管，光信号获取即为红外线接收管。声音信号经过以Q1、Q2为中心的放大电路变为适合的大小。同光信号和磁信号一同由集成运放的2脚输入，并由3脚输出，从而带动活动部分。在活动部分中，电动机，灯泡，扬声器相互独立。在上图中简化为A。
电路图中除了右上角的活动部分A，其他元器件均为另外加入。按照电路图排布在印制电路板上。
焊接好电路。而三个信号获取部分则通过导线与印制电路板连接，导线长度要适当，以便选取合适的放置位置。
三个信号获取的元器件：麦克风放置的位置需要能够传入声音，应当是机器猫外壳有缝隙处，或者为其提供一个传入声音的小孔：干簧管需要贴着机器猫外壳放置，以便于感受外界的磁信号；红外线接收管放置的位置必须允许红外线透过，可以选择机器猫眼睛的部分放置。
3．实验中遇到的问题及解决方法
在改装实验中我们遇到了一个必须解决的问题。在原机器猫中，当电源接通后，机器猫会持续发出叫声，而猫的叫声也是一种触发信号，它会持续的刺激麦克风，产生电流，使得猫的活动“一发而不可收”。为了解决这一问题，我们选取了555定时器作为信号处理的中枢部分(如下图)。
在这里我们先介绍一下电路中的555定时器。
555定时器的功能主要由两个比较器C1和C2决定，比较器的参考电压由分压器提供，在电源和地之间加VCC电压并让VM悬空时，上比较器C1参考电压为2/3VCC，下比较器C2为1/3VCC。下图为555定时器结构框图。
单稳态触发器电路平时(即触发信号未到来时，总是处于一种稳定状态。在外来触发信号的作用下，它能翻转成新的状态)。处于低电位，当有外界信号输入时，会跳转为高电位。但这种状态是不稳定的，只能维持一定时间。因而称之为暂稳态(简称暂态)。
暂态时间结束，电路能自动回到原来状态，从而输出一个矩形脉冲，由于这种电路只有一种稳定状态，因而称之为“单稳态触发器”，简称“单稳电路”或“单稳”。单稳电路的暂态时间长短tw，与外界触发脉冲无关。仅由电路本身的耦合原件RC决定，因此称RC为单稳电路的定时原件。
tw=RCln13—1.1RC。下图为单稳态触发电路及其工作波形。
加入了555定时器之后，前面的问题得到了很好的解决。未启动时，猫不发出叫声，麦克风获取的是外界的声音信号。触发555定时器并启动后，虽然猫开始发出叫声，但此时定时器处于暂态，声音信号不会对其造成影响。而当暂态结束，猫叫声也停止了，不会作为输入的声音信号触发电路。借由555定时器，我们将机器猫自身发声时段与声音信号获取的时段错开了。
三、改装实验及结果分析
按照设想对电路进行了改装，并进行了测试。在测试中发现改装后的机器猫除了磁控部分比较敏感，声控和光控部分均不够敏感。认为原因在于，磁信号通常在空间中存在的不多，也不易收到干扰，而且干簧管本身也是“非短即断”的灵敏控制开关。而声控、光控不仅在空间中有很多干扰信号，自身对信号也有一定要求。麦克风是通过声音信号改变静电容量而达到控制电路的效果，所以声音信号必须够大。经过试验发现较大声音的说话和敲击麦克风所在位置都可以达到要求。红外线接收管的感应部分在三极管头部，所以只有红外线正对接收管时才能触发电路。能够放射红外线的手电筒也能触发。且效果更好。
经过实际操作。实现了：打开开关，机器猫行走几步后停止，随后拍手即走、光照即走、磁铁靠近即走，但都只持续一段时间后就会停下，再满足其中一条件时将继续行走。由此，认为的设计是合理的。可实现的。
改装后新加入的印制电路板如下图所示。
此外也针对了光信号的获取部分进行了进一步的改装设想。
因为红外线接收管是针对红外线的，为了能让机器猫感应更大波长范围的光波，尝试了用可见光接收管。在替换了之后，机器猫确实能感应可见光，但是随之暴露了更大的问题。机器猫的眼睛部分采用的是黑色塑料片，射入的可见光大部分都被吸收了，机器猫毫无反应。不得已，在猫眼睛对应三极管的部分钻了一个小孔，使三极管的头部直接暴露在外，这不但破坏了机器猫的美感，也使接收管更易收到干扰。可见换成可见光接收管并不是一个好办法。
而为了提高感光的灵敏度也考虑了光耦。
因为使用光敏三极管的话必须保证光的正向射入。
在机器猫组装完成后并不容易对准三极管，导致反应不够灵敏。光耦具有信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高等特点。将原来连接三极管两脚的连接线接在光耦一边的两脚上，另外两脚接上一个开关。如此就能十分灵敏的控制机器猫。但是这个设想也有一个很大的不足。因为感光部分实际上是光耦的内在部分，而从外在来看，却是手动的开关控制，并不是外加光信号起的作用，所以使用光耦并不能很好的体现光控制，也违背了增加玩具趣味性的设计初衷。
在知识更完备的条件下，改装实验可以设计的更为复杂，也能得到更为有趣的效果。例如，加入声音识别装置，通过声音控制机器猫不同的活动：前进，后退；还可以添加感光的部位，使机器猫向着发光方向运动，等等。
