消防智能电动车
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功耗低，它提供标准的并行或者串行接口，驱动简单，使用方便。 根据实际情况，采用方案二。
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消防智能电动车（C 题）
二、理论分析与计算 2.1 路程计算公式
已知本次设计采用的 4 项步进电机步进每循环一周转动 7.2°，由圆的周长２ πr 即为圆心角是３６０°所对的弧长，则 n°角所对弧长 L 有：
L／n＝２πr／３６０ 则 L=nπr/180 此车轮半径为 3.8cm，每步进前进 L=7.2 × 3.14 × 3.8/180=0.43cm 总路程则为 S=n × 0.43。
2.2 角度计算公式
当小车左转或右转时，电机一个正转一个翻转，则旋转角度差为 1.8°，则欲 旋转 90°转动步进为： n=90/1.8=50 次
4
2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
三、功能概述及硬件设计
3.1 功能概述
我们设计的“智能消防小车”，这一套系统主要是让小车自主的从起始点开始 找到火源并且扑灭，然后回到起始点后停止。在这一过程中，小车通过车头安装的 三对红外对管模块实现寻迹功能；在小车的行走过程中，也会实时地跟据左右红外 传感器发现小车两边的火源并且扑灭，在扑灭全部火源后返回起始点。
3.2 具体方案设计
3.2.1 智能消防小车结构框图 根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、火焰
传感器、直流电机及其驱动模块、灭火风扇及其驱动模块、语音模块、车载显示模 块构成。本系统的方框图如图 3-1 所示。
电源模块
寻迹传感器模 块
火焰传感器 模块
电机驱动模块
避障模块
控
II
2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
摘要
本智采用有机玻璃为车架，C8051F410 单片机为控制核心，并配合 L298D 驱动 芯片，合理利用了该芯片上丰富的资源，加以步进电机、红外传感器、电源电路、 以及其他电路构成。采用红外传感器进行对火源的扫描和定位，寻迹由红外对管完 成。在 LCM128645ZK 上对获取的信息进行实时显示其处理结果。本系统完成了题 目的全部基本要求和发挥部分要求，在整体上保证了设计任务的超额完成。
1.1 方案论证与实现方法...........................................................................................2 1.1.1 控制器选择.................................................................................................. 2 1.1.2 电动车车体的选择.......................................................................................2 1.1.3 电动车的动力方案选择............................................................................... 2 1.1.4 电机驱动电路方案选择............................................................................... 2 1.1.5 寻迹传感器方案选择...................................................................................2 1.1.6 显示器的选择方案.......................................................................................3
5.1 测试方法............................................................................................................ 10 4.1 测试仪器及设备.................................................................................................10 六、总结.......................................................................................................................11 附录.............................................................................................................................. 12
求，需要做大量修改。 根据实际情况和安装需要，决定采用方案一。
1.1.3 电动车的动力方案选择 方案一：采用直流电机驱动。优点是动力好，速度快。缺点是难于精确控制。 方案二：采用步进电机驱动。优点是控制精度高、灵活。缺点是速度慢。 根据分析，本题要求车子必须具备高度灵活性和灵活度，故本系统采用方案二。
关量输出，容易使用。 根据分析，本系统设计中选用红外对管配以 A/D 检测寻迹黑线。
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2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
1.1.6 显示器的选择方案 方案一：选用 LED 数码管显示智能小车的各种信息。LED 显示信息量小、功
耗大，同时还需要配制相应硬件驱动电路。 方案二：选用字符点阵 LCD 模块显示智能小车的各种信息。LCD 信息量大、
二、理论分析与计算..................................................................................................... 4 2.1 路程计算公式..................................................................................................... 4 2.2 角度计算公式...................................................................................................... 4
关键词：C8051F410 单片机，红外传感器，电机控制，红外对管
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一、系统方案
消防智能电动车（C 题）
1.1 方案论证与实现方法
1.1.1 控制器选择 方案一：采用 CPLD/FPGA 为控制核心，适合复杂逻辑控制和高速运算系统。 方案二：使用 51 核单片机为控制核心,适合系统控制。 综合分析，本系统采用 C8051F410 单片机，C8051F410 单片机是完全集成的低
功耗混合信号片上系统型 MCU 且是与 51 兼容的微控制器核，可以通过 Keil 软件编 程且配合 USB 下载线下载程序，方便进行程序的调试和运行，决定采用方案二。
1.1.2 电动车车体的选择 方案一：自制车体。优点是这种方法能够制作出完全适合自己设计意图的车体，
缺点是需要较多时间和高水平的加工工艺。 方案二：购置玩具电动小车。优点是比较方便，缺点是不可能完全符合使用要
制
器
语音模块
模 块
灭火风扇及
其驱动模块
车载显示模块
计程模块
图 3-1 智能消防小车结构框图
3.2.2 寻迹传感器模块设计 如图 3-2 所示，红外对管输出信号直接与单片机的 AD 接口相连接，边界黑线
检测跟据所测得黑线与白底的 AD 值将 AD 值分成 2 档位，按照 AD 不同调节单片 机输出以控制小车左右偏移距离。使小车能够维持在跑道黑线上行走。
三、功能概述及硬件设计..............................................................................................5 3.1 功能概述............................................................................................................. 5 3.2 具体方案设计..................................................................................................... 5 3.2.1 智能消防小车结构框图............................................................................... 5 3.2.2 寻迹传感器模块设计...................................................................................5 3.2.3 火焰传感器模块设计...................................................................................6 3.2.4 电机驱动电路的设计...................................................................................7 3.2.5 灭火风扇的驱动电路的设计....................................................................... 7 3.2.6 计程模块的实现...............................................................................................7
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消防智能电动车（C 题）
二、理论分析与计算 2.1 路程计算公式
已知本次设计采用的 4 项步进电机步进每循环一周转动 7.2°，由圆的周长２ πr 即为圆心角是３６０°所对的弧长，则 n°角所对弧长 L 有：
L／n＝２πr／３６０ 则 L=nπr/180 此车轮半径为 3.8cm，每步进前进 L=7.2 × 3.14 × 3.8/180=0.43cm 总路程则为 S=n × 0.43。
2.2 角度计算公式
当小车左转或右转时，电机一个正转一个翻转，则旋转角度差为 1.8°，则欲 旋转 90°转动步进为： n=90/1.8=50 次
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2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
三、功能概述及硬件设计
3.1 功能概述
我们设计的“智能消防小车”，这一套系统主要是让小车自主的从起始点开始 找到火源并且扑灭，然后回到起始点后停止。在这一过程中，小车通过车头安装的 三对红外对管模块实现寻迹功能；在小车的行走过程中，也会实时地跟据左右红外 传感器发现小车两边的火源并且扑灭，在扑灭全部火源后返回起始点。
3.2 具体方案设计
3.2.1 智能消防小车结构框图 根据题目要求，本系统主要由控制器模块、电源模块、寻迹传感器模块、火焰
传感器、直流电机及其驱动模块、灭火风扇及其驱动模块、语音模块、车载显示模 块构成。本系统的方框图如图 3-1 所示。
电源模块
寻迹传感器模 块
火焰传感器 模块
电机驱动模块
避障模块
控
II
2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
摘要
本智采用有机玻璃为车架，C8051F410 单片机为控制核心，并配合 L298D 驱动 芯片，合理利用了该芯片上丰富的资源，加以步进电机、红外传感器、电源电路、 以及其他电路构成。采用红外传感器进行对火源的扫描和定位，寻迹由红外对管完 成。在 LCM128645ZK 上对获取的信息进行实时显示其处理结果。本系统完成了题 目的全部基本要求和发挥部分要求，在整体上保证了设计任务的超额完成。
1.1 方案论证与实现方法...........................................................................................2 1.1.1 控制器选择.................................................................................................. 2 1.1.2 电动车车体的选择.......................................................................................2 1.1.3 电动车的动力方案选择............................................................................... 2 1.1.4 电机驱动电路方案选择............................................................................... 2 1.1.5 寻迹传感器方案选择...................................................................................2 1.1.6 显示器的选择方案.......................................................................................3
5.1 测试方法............................................................................................................ 10 4.1 测试仪器及设备.................................................................................................10 六、总结.......................................................................................................................11 附录.............................................................................................................................. 12
求，需要做大量修改。 根据实际情况和安装需要，决定采用方案一。
1.1.3 电动车的动力方案选择 方案一：采用直流电机驱动。优点是动力好，速度快。缺点是难于精确控制。 方案二：采用步进电机驱动。优点是控制精度高、灵活。缺点是速度慢。 根据分析，本题要求车子必须具备高度灵活性和灵活度，故本系统采用方案二。
关量输出，容易使用。 根据分析，本系统设计中选用红外对管配以 A/D 检测寻迹黑线。
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2010 年吉林化工学院“长通杯”电子设计竞赛
1.1.6 显示器的选择方案 方案一：选用 LED 数码管显示智能小车的各种信息。LED 显示信息量小、功
耗大，同时还需要配制相应硬件驱动电路。 方案二：选用字符点阵 LCD 模块显示智能小车的各种信息。LCD 信息量大、
二、理论分析与计算..................................................................................................... 4 2.1 路程计算公式..................................................................................................... 4 2.2 角度计算公式...................................................................................................... 4
关键词：C8051F410 单片机，红外传感器，电机控制，红外对管
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一、系统方案
消防智能电动车（C 题）
1.1 方案论证与实现方法
1.1.1 控制器选择 方案一：采用 CPLD/FPGA 为控制核心，适合复杂逻辑控制和高速运算系统。 方案二：使用 51 核单片机为控制核心,适合系统控制。 综合分析，本系统采用 C8051F410 单片机，C8051F410 单片机是完全集成的低
功耗混合信号片上系统型 MCU 且是与 51 兼容的微控制器核，可以通过 Keil 软件编 程且配合 USB 下载线下载程序，方便进行程序的调试和运行，决定采用方案二。
1.1.2 电动车车体的选择 方案一：自制车体。优点是这种方法能够制作出完全适合自己设计意图的车体，
缺点是需要较多时间和高水平的加工工艺。 方案二：购置玩具电动小车。优点是比较方便，缺点是不可能完全符合使用要
制
器
语音模块
模 块
灭火风扇及
其驱动模块
车载显示模块
计程模块
图 3-1 智能消防小车结构框图
3.2.2 寻迹传感器模块设计 如图 3-2 所示，红外对管输出信号直接与单片机的 AD 接口相连接，边界黑线
检测跟据所测得黑线与白底的 AD 值将 AD 值分成 2 档位，按照 AD 不同调节单片 机输出以控制小车左右偏移距离。使小车能够维持在跑道黑线上行走。
三、功能概述及硬件设计..............................................................................................5 3.1 功能概述............................................................................................................. 5 3.2 具体方案设计..................................................................................................... 5 3.2.1 智能消防小车结构框图............................................................................... 5 3.2.2 寻迹传感器模块设计...................................................................................5 3.2.3 火焰传感器模块设计...................................................................................6 3.2.4 电机驱动电路的设计...................................................................................7 3.2.5 灭火风扇的驱动电路的设计....................................................................... 7 3.2.6 计程模块的实现...............................................................................................7
