2011-電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)-林培杰資料第一頁(yè)，共25頁(yè)。歷屆題目簡(jiǎn)要分析概述

近兩年測(cè)控案例分析分析

備賽建議建議2第二頁(yè)，共25頁(yè)。概述在9屆電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，“測(cè)控類賽題”除了1994和1995年外，其它每屆都有，如下：水溫控制系統(tǒng)（1997年C題）；自動(dòng)往返電動(dòng)小汽車（2001年C題）；簡(jiǎn)易智能電動(dòng)車（2003年E題）；液體點(diǎn)滴速度監(jiān)控裝置（2003年F題）；懸掛運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（2005年E題）；電動(dòng)車蹺蹺板（2007年F題本科組）；

聲音引導(dǎo)系統(tǒng)（2009年B題）；模擬路燈控制系統(tǒng)（2009年I題）。其中與電動(dòng)小車有關(guān)的有6題。3第三頁(yè)，共25頁(yè)。從歷屆的賽題來(lái)看，主攻“測(cè)控類”賽題方向的同學(xué)需要了解和掌握：（1）系統(tǒng)控制方案和算法設(shè)計(jì)；（2）微控制器電路模塊制作和編程：如：AT89S52、MSP430F1611、MSP430F2274、Atmega128、PIC16F628A、ADuC841、C8051F022、W78E51B、STM32F103VET6等等；（3）微控制器外圍電路模塊制作和編程：如鍵盤及LED數(shù)碼管顯示器模塊、RS-485總線通信模塊、CAN總線通信模塊、無(wú)線收發(fā)器電路模塊、ADC模塊、DAC模塊等等；概述4第四頁(yè)，共25頁(yè)。（4）傳感器電路模塊制作和編程：如光電傳感器模塊、超聲波發(fā)射與接收模塊、溫濕度傳感器模塊、傾角傳感器模塊、角度傳感器模塊、音頻信號(hào)檢測(cè)模塊等等；（5）電機(jī)控制電路模塊制作和編程：如直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L298N）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（L297+L298N，TA8435H）、舵機(jī)控制模塊、光電隔離模塊等等；（6）放大器電路模塊制作：小信號(hào)放大器電路模塊、濾波器電路模塊、音頻放大器；（7）電源電路模塊制作；（8）電動(dòng)小車制作。概述5第五頁(yè)，共25頁(yè)。歷屆題目簡(jiǎn)要分析概述

近兩年測(cè)控案例分析分析

備賽建議建議6第六頁(yè)，共25頁(yè)。要求：電動(dòng)車能夠沿蹺蹺板上下坡、前行、后退，能在規(guī)定的時(shí)間到達(dá)并停留在指定位置；在不加、加或改變配重的情況下，電動(dòng)車能于規(guī)定的時(shí)間內(nèi)在翹翹板上找到平衡點(diǎn)停留；電動(dòng)車能在指定的地面位置從不同的角度自動(dòng)駛上蹺蹺板；能分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車的行駛時(shí)間。2007年小車蹺蹺板（F題）7第七頁(yè)，共25頁(yè)。賽題分析一、題目要點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)時(shí)的注意點(diǎn)從A點(diǎn)出發(fā)到C點(diǎn)附近，有時(shí)間的限制，最小平均車速應(yīng)該在750mm/30S=25mm/S以上。尋找平衡點(diǎn)有時(shí)間的限制，故平衡點(diǎn)的判斷方法要簡(jiǎn)單方便，同時(shí)還要求控制系統(tǒng)對(duì)信息的處理速度要快。電動(dòng)車找到平衡后還要保持平衡5秒以上，要注意防止蹺蹺板的抖動(dòng)。電動(dòng)車行駛到B點(diǎn)后要停留，此時(shí)要注意小車不能掉下來(lái)。因此要記錄位置。小車的重量以及配重的重量均要適當(dāng)選擇。8第八頁(yè)，共25頁(yè)。二、設(shè)計(jì)參考1、驅(qū)動(dòng)方式的選擇因?yàn)橛兴俣鹊囊蠖以谄胶恻c(diǎn)附近要精確定位，要有減速機(jī)構(gòu)?？蛇x擇的電機(jī)有連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)、直流減速電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)。2、平衡檢測(cè)的選擇可選用單軸傾角傳感器（參考型號(hào)SCA60C）可將傳感器固定在小車上，并在軸上掛一個(gè)重錘。由于地球引力，重錘豎直向下，當(dāng)小車行駛時(shí)，隨車體傾斜位置變化，角度傳感器輸出也會(huì)有相應(yīng)的變化，即可測(cè)出傾角。由于小車行駛時(shí)，重錘會(huì)有一定的擺動(dòng)，要采用軟件濾波；選用Accustar電子傾角傳感器。電子傾角傳感器是基于液態(tài)電容原理、無(wú)可動(dòng)部件的敏感器件。當(dāng)繞其靈敏軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，器件的電容值發(fā)生線性變化，通過電子線路將其轉(zhuǎn)化為角度值輸出，其精度比較高。9第九頁(yè)，共25頁(yè)。3、發(fā)揮部分的尋跡采用光電傳感器；反射式紅外線傳感器CCD攝像頭。4、定位測(cè)距采用光電開關(guān)（參考型號(hào)TCST1030）和安裝在車輪上的碼盤實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)進(jìn)行測(cè)距；可采紅外對(duì)管和編碼盤。將一個(gè)轉(zhuǎn)上孔的編碼盤固定在轉(zhuǎn)軸上，然后由紅外對(duì)管檢測(cè)編碼盤的孔對(duì)紅外線的阻通。通過在單位時(shí)間對(duì)其計(jì)數(shù)可計(jì)算出車輛行駛的瞬時(shí)速度，累計(jì)開關(guān)信號(hào)可以計(jì)算出小車行駛的距離。5、控制算法的選擇PID算法；模糊控制算法；仿人工智能算法。10第十頁(yè)，共25頁(yè)。三、設(shè)計(jì)中的一些亮點(diǎn)1、數(shù)字濾波單片機(jī)通過ADC采集到的角度信號(hào)是離散的，由于電機(jī)的控制脈沖，會(huì)對(duì)電子角度傳感器產(chǎn)生干擾，所以采用數(shù)字濾波的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。常見的數(shù)字濾波方法有程序判斷法、中值濾波法、算數(shù)濾波法、加權(quán)平均濾波法、滑動(dòng)平均值濾波法、低通濾波法和中位置濾波法。2、加入語(yǔ)音模塊，更加人性化。3、主從單片機(jī)分工協(xié)作。11第十一頁(yè)，共25頁(yè)。遙控鍵盤電路LCD顯示模塊尋跡檢測(cè)模塊傾角檢測(cè)模塊單片機(jī)主單片機(jī)從H橋模塊左輪驅(qū)動(dòng)右輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車狀態(tài)指示系統(tǒng)框圖12第十二頁(yè)，共25頁(yè)?？刂屏鞒?3第十三頁(yè)，共25頁(yè)。要求：制作可移動(dòng)的聲源?？梢苿?dòng)聲源產(chǎn)生的信號(hào)為周期性音頻脈沖信號(hào)，如圖所示，聲音信號(hào)頻率不限，脈沖周期不限。2009年聲音導(dǎo)引系統(tǒng)（B題）t14第十四頁(yè)，共25頁(yè)?？梢苿?dòng)聲源發(fā)出聲音后開始運(yùn)動(dòng)，到達(dá)Ox線并停止,這段運(yùn)動(dòng)時(shí)間為響應(yīng)時(shí)間，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間,計(jì)算出響應(yīng)的平均速度，要求平均速度大于5cm/s；可移動(dòng)聲源到達(dá)Ox線后，必須有明顯的光和聲指示;可能的話通過設(shè)計(jì)使聲源到達(dá)W點(diǎn)，同樣有明顯的光和聲指示。15第十五頁(yè)，共25頁(yè)。聲源發(fā)出的周期性聲音，通過接收端通過計(jì)算移動(dòng)聲源發(fā)出的周期性聲音信號(hào)達(dá)到三個(gè)接收點(diǎn)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算移動(dòng)聲源是否到達(dá)兩個(gè)接受點(diǎn)連線的中垂線。該算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且可靠性強(qiáng)。系統(tǒng)框圖16第十六頁(yè)，共25頁(yè)。T1，T2，T3分別為聲源到達(dá)A，B，C三點(diǎn)的時(shí)間，開始時(shí)，先忽略C點(diǎn),只比較聲音在SA段與SB段傳播的時(shí)間差，即T1-T2。當(dāng)T1-T2為正時(shí)小車在OX線右側(cè)；當(dāng)T1-T2為負(fù)時(shí)小車在OX線左側(cè)；到達(dá)OX線時(shí)T1-T2為零。聲源在原地暫停5-10s后，左轉(zhuǎn)90°，開始向W點(diǎn)行進(jìn)，此時(shí)，需要比較T1-T3的差值，當(dāng)T1-T3為正時(shí)小車在W點(diǎn)上方；當(dāng)T1-T3為負(fù)時(shí)小車在W點(diǎn)下方；到達(dá)W點(diǎn)時(shí)T1-T3為零。通過軟件編程實(shí)現(xiàn)小車位置的實(shí)時(shí)校正，再經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，記錄誤差，分析誤差，并通過軟件進(jìn)行誤差校正，從而使小車到達(dá)W點(diǎn)的可能性提高。實(shí)現(xiàn)原理17第十七頁(yè)，共25頁(yè)。系統(tǒng)精度可行性分析根據(jù)系統(tǒng)算法的設(shè)計(jì)，通過聲源發(fā)出的聲音信號(hào)到達(dá)三個(gè)；接收點(diǎn)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出小車的運(yùn)動(dòng)情況?，F(xiàn)系統(tǒng)的精度要求為1cm，聲波傳送的速度為344m／s則：時(shí)間精度Te＝0.01/344＝30μs18第十八頁(yè)，共25頁(yè)。C8051F020單片機(jī)最高頻率可達(dá)24MHz，在一個(gè)時(shí)間精度能夠執(zhí)行的指令個(gè)數(shù)N為：N＝TSCK／Te＝714本系統(tǒng)中，由接收端通過無(wú)線信號(hào)控制移動(dòng)聲源的停車和移動(dòng)，所以移動(dòng)聲源的位置誤差產(chǎn)生主要是來(lái)自于接收端和聲源之間的無(wú)線通信，而無(wú)線通信主要的耗時(shí)來(lái)自單片機(jī)內(nèi)無(wú)線指令的執(zhí)行，而1cm誤差范圍內(nèi)的714條指令時(shí)間足夠執(zhí)行無(wú)線指令。020單片機(jī)共有4個(gè)外部中斷源也滿足三個(gè)接收點(diǎn)發(fā)出的中斷。在聲源控制上采用的單片機(jī)，主要負(fù)責(zé)和接收點(diǎn)之間的無(wú)線通信，控制小車運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生周期性聲波等操作，對(duì)精度要求不高。19第十九頁(yè)，共25頁(yè)。軟件流程開始初始化小車直行發(fā)出調(diào)制聲波接收無(wú)線信號(hào)是否到達(dá)OX線停車5-10s聲光報(bào)警左轉(zhuǎn)彎小車直行接收無(wú)線信號(hào)是否到達(dá)W點(diǎn)停車開始20第二十頁(yè)，共25頁(yè)。歷屆題目簡(jiǎn)要分析概述

近三年測(cè)控案例分析分析

備賽建議建議21第二十一頁(yè)，共25頁(yè)。“測(cè)控類”賽題中所涉及到的一些知識(shí)點(diǎn)，特別是有關(guān)自動(dòng)控制理論與算法方面，對(duì)有些專業(yè)的同學(xué)來(lái)講，在專業(yè)課程中是沒有的，需要自己去搞清楚。這一點(diǎn)很重要。理論用來(lái)指導(dǎo)行動(dòng)。沒有理論基礎(chǔ)，盲人摸象，行動(dòng)一定會(huì)有困難?！跋到y(tǒng)控制方案和算法設(shè)計(jì)”是控制類賽題的重點(diǎn)，對(duì)于不同的賽題，控制目的和要求都是不相同的，其“系統(tǒng)控制方案和算法設(shè)計(jì)”也都是不相同的。而“系統(tǒng)控制方案和算法設(shè)計(jì)”往往決定該賽題能否成功的關(guān)鍵之一。建議同學(xué)們?cè)谟?xùn)練過程中可以選擇一些往屆的賽題，適當(dāng)做一些修改，進(jìn)行培訓(xùn)。22第二十二頁(yè)，共25頁(yè)。隨著全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的深入和發(fā)展，電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽從題目要求的深度、難度都有很大的提高，在競(jìng)賽規(guī)則中對(duì)微控制器選型、電路模塊的采用的限制、“最小系統(tǒng)”的定義、“性價(jià)比”與“系統(tǒng)功耗”指標(biāo)要求等也出現(xiàn)了一些變化。根據(jù)目前的競(jìng)賽規(guī)則，訓(xùn)練過程中制作的一些功能模塊是可以在競(jìng)賽中使用的。建議訓(xùn)練過程中，對(duì)歷屆賽題中經(jīng)常出現(xiàn)的基本電路和功能模塊（如直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊等）進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，制作和掌握這些模塊的使用，