2020 年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組“電子產(chǎn)品設(shè)計及制作”賽項

2020年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組

“電子產(chǎn)品設(shè)計及制作”賽項

題目：重走長征路

長征是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的中國工農(nóng)紅軍，為了中國革命的勝利和中華民

族的解放，用理想和信念、意志和力量、生命和鮮血譜寫了一曲驚天地、泣

鬼神的英雄史詩，是中國革命史上樹起的一座高聳入云的豐碑。

身處和平年代如何將長征精神發(fā)揚光大，僅僅是口頭上的頌揚是遠遠不

夠的，還要將其切實融入到自己的行動當(dāng)中。

本賽項采用“重走長征路”系統(tǒng)作為競賽單元的目標(biāo)是貫徹長征精神，

通過競賽培育堅定共產(chǎn)主義理想信念和為人民服務(wù)的社會責(zé)任感的電子信

息類專業(yè)人才，成為優(yōu)秀的中國特色社會主義事業(yè)的繼承者和接班人。

1競賽任務(wù)

按賽題要求，利用所發(fā)的技術(shù)資料、元器件及器材完成“重走長征路”

系統(tǒng)控制器的設(shè)計和裝調(diào)任務(wù)，進行Cortex-M3系列STM32F103ZET6

（LQFP144）處理器或STC單片機IAP15W4K61S4（LQFP64S）的軟件設(shè)計，

完成題目要求的設(shè)計及制作。

1.1根據(jù)本賽題及所給的技術(shù)資料分析“重走長征路”系統(tǒng)的工作原理和功能要

求；

1.2根據(jù)賽題所給的原理圖和印刷線路板約束條件，利用AltiumDesigner軟件繪

制元器件封裝圖及印刷線路板圖；

1.3完成賽項所提供印刷線路板的焊接任務(wù)；

1.4利用賽項提供的控制器機箱及套件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計和整機安裝，包括開關(guān)、電

源、電路板、插座的安裝及機箱內(nèi)走線的規(guī)劃；

1.5完成賽題要求的功能調(diào)試，使其達到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)“重走長征路”

系統(tǒng)的正常工作；

1.6完成STM32F103ZET6或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫，完成規(guī)定的功能

要求。

2競賽時間

競賽時間為6小時。

3功能要求與技術(shù)指標(biāo)

3.1原理說明

“重走長征路”系統(tǒng)由三自由度機器結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可以用攝像頭實現(xiàn)對不

同顏色形狀的旗幟進行自動識別夾取，其機構(gòu)如圖1所示。

上下運動直線導(dǎo)軌

機械手

前后運動直線導(dǎo)軌

攝像頭OV7725

面板與物件左右運動直線導(dǎo)軌

電容式位移傳感器

圖1“重走長征路”系統(tǒng)

“重走長征路”系統(tǒng)由三個直線導(dǎo)軌分別控制機械手的左右、上下和前后運

動，實現(xiàn)旗幟的移動。左右運動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機，并安裝

電容式位移傳感器，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān)；上下運動導(dǎo)軌的驅(qū)動為

帶編碼器的直流減速電機，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān)；前后運動導(dǎo)軌的

驅(qū)動為直流減速電機，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān)；機械手的驅(qū)動為舵機；

在機械手夾持板的一邊內(nèi)側(cè)安裝力傳感器，可以檢測夾持圖形件的力度，在機械

手的下方安裝攝像頭，用于識別圖形件的顏色與形狀。“重走長征路”系統(tǒng)還配

有搖桿電位器控制板，與控制器有線連接，可實現(xiàn)手動控制的工作?！爸刈唛L征

路”的行軍路線示意圖繪制在三自由度機械手前部的面板上，在面板的右邊放置

若干中央紅軍和紅二方面軍軍旗。

3.2功能實現(xiàn)

“重走長征路”要求選取中央紅軍的軍旗，依次擺放到長征線路上具有標(biāo)志

性意義的位置點?！爸刈唛L征路”系統(tǒng)需判斷旗幟的顏色形狀等，手動或自動夾

取旗幟并放入指定位置?！爸刈唛L征路”系統(tǒng)控制器由微處理器(STM32或51)電

路，顯示與鍵盤電路，傳感器測量電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，電機驅(qū)動電路和電源電

路等部分組成。

參賽隊需完成印刷線路板繪制，線路板的焊接與調(diào)試，控制器的安裝與調(diào)試，

控制器指定功能的軟件編程與調(diào)試等多項競賽任務(wù)。

3.2.1印刷線路板的繪制

根據(jù)賽題所指定的器件原理圖、PDF說明文件和印刷線路板約束條件，利用

AltiumDesigner軟件繪制印刷線路板圖。

原理圖由多個部分組成，印刷線路板的外形結(jié)構(gòu)有若干種選擇。比賽時由裁

判長下發(fā)具體方案。

線路板約束規(guī)則要求：雙層印刷線路板，最小間距10mil（集成電路引腳間

距不受此約束），最小線寬10mil，過孔最小孔徑15mil，過孔最小直徑30mil，敷

銅最小間距10mil。

參賽隊繪制的原理圖、元器件封裝和印刷線路板圖的電子稿采用U盤上交。

3.2.2印刷線路板焊接與調(diào)試

微處理器核心板（DCP-401或DCP-301）、微處理器核心板（DCP-400或DCP-

300），DCP-202數(shù)碼管顯示和按鍵電路，DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板、DCP-

218功率H橋PWM輸出電路板、DCP-216功率運放輸出電路板、DCP-206ADS7950

串行A/D轉(zhuǎn)換電路板、DCP-208串行A/D轉(zhuǎn)換電路板ADS1118、DCP-226多功能

萬用板、DCP-28-1信號調(diào)理電路板等電路板中其中兩塊為散件，需參賽隊根據(jù)比

賽時下發(fā)的焊接套件清單、原理圖自己焊接和調(diào)試。

3.2.3“重走長征路”系統(tǒng)控制器的安裝與調(diào)試

“重走長征路”系統(tǒng)控制器的裝調(diào)工作要求在如圖2所示的機箱中完成。安

裝套件包括機箱、開關(guān)電源、前面板、后面板、安裝底板、微處理器核心板（STM32

或51單片機）、人機接口電路板、傳感器測量電路板、A/D轉(zhuǎn)換電路板、功率輸

出電路板以及必要的電氣附件。

圖2“重走長征路”系統(tǒng)控制器機箱圖

“重走長征路”系統(tǒng)控制器的具體線路板構(gòu)成如下：

1)微處理器核心板DCP-401、DCP301、DCP-400、DCP-300四選一；

2)DCP-204液晶顯示和鍵盤電路板或DCP-202數(shù)碼管顯示和按鍵電路；

3)DCP-206ADS7950或DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板；

4)DCP-216功率運放輸出電路板；

5)DCP-218功率H橋PWM輸出電路板；

6)DCP-226多功能萬用板或DCP-28-1信號調(diào)理電路板。

注：若選擇DCP-400或300則不需要DCP-204及DCP-202

參賽隊需自行完成“重走長征路”系統(tǒng)控制器機箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝調(diào)工作。

以上線路板的原理圖、印刷線路板元件布置圖、元件清單均在電子文件“重走長

征路”文件夾中。

“重走長征路”系統(tǒng)控制器的前面板安裝微處理器核心板DCP-401/DCP-400

或DCP-300/DCP301、搖桿電位器接口和電源開關(guān)。前面板的布置如圖3所示?！?/p>

重走長征路”系統(tǒng)控制器的后面板的布置如圖4所示，安裝有三個接線插座和帶

保險絲的電源插座。其中端口1連接左右運動導(dǎo)軌電機及編碼器、電容式位移傳

感器的信號，端口2連接上下運動導(dǎo)軌電機及編碼器、前后運動導(dǎo)軌電機的信

號，

端口3連接機械手舵機、攝像頭和力傳感器的信號。

1

圖3“重走長征路”系統(tǒng)控制器前面板圖

圖4“重走長征路”系統(tǒng)控制器后面板圖

控制器整機的安裝工藝評分和印刷線路板的焊接工藝評分將在比賽結(jié)束、整

機功能測試后集中進行，比賽過程中不對印刷線路板的焊接工藝單獨評分。

3.2.4“重走長征路”系統(tǒng)的功能要求

1)“重走長征路”系統(tǒng)控制器前面板的按鍵定義

此處考察選手現(xiàn)場編程能力，具體要求比賽時下發(fā)。

2)上電后控制器初始要求

系統(tǒng)通電后顯示界面一，按下面板上的X鍵，進入主界面。進入主界面后通

過前面板的按鍵進入對應(yīng)的子功能界面。

注1：通電界面、主界面、子功能界面具體要求均在比賽時下發(fā)。

注2：“X”代表具體的數(shù)字，具體數(shù)字在比賽時下發(fā)。

3)手動控制要求

進入手動控制界面后，手動操作搖桿將旗幟放到指定位置，同時液晶屏顯示

相關(guān)信息，具體要求比賽時下發(fā)。

4)自動控制要求

進入自動控制界面后，將旗幟自動放到賽題要求的指定位置，同時液晶屏顯

示相關(guān)信息，具體要求比賽時下發(fā)。

5)旗幟形狀如圖5所示

圖5旗幟形狀

3.3功能的分步實現(xiàn)

本賽題包含印刷線路板設(shè)計、印刷線路板焊接和調(diào)試、“重走長征路”系統(tǒng)

控制器的裝調(diào)、控制器軟件的編寫幾方面內(nèi)容，參賽隊在設(shè)計及制作時可分步完

成以上各項內(nèi)容。

參賽隊必須用自己焊接的線路板構(gòu)建控制器，若自己焊接的線路板不能正常

工作，可以申請成品功能板代替，但會扣除相應(yīng)的分數(shù)。

4技術(shù)文件要求

各隊完成的全部文件存放在“2020SD××”（××為2位數(shù)字，即競賽隊工

位號）文件夾中，提交的電子文件采用統(tǒng)一命名規(guī)則（類型名＋工位號），不得

以其它名稱命名電子文件。因保密要求，在電路原理圖和線路板圖文件中不得出

現(xiàn)學(xué)校名稱、參賽選手姓名等信息；電子文件名稱如不符合命名規(guī)則，體現(xiàn)參賽

隊信息的，該隊該項競賽成績將被取消。

4.1提交的技術(shù)文件

參賽隊提交的電子文件均采用U盤提交，技術(shù)文件包括：

1)電子設(shè)計工藝所繪制的印刷線路板原理圖、封裝圖和線路板圖；

2)“重走長征路”系統(tǒng)任務(wù)與功能驗證所編寫的源程序；

4.2文件命名要求

電子文件列表如下：

2020SD××電路原理圖××.SchDoc

線路板圖××.PcbDoc

源程序××（文件夾）

元器件封裝.PcbLib

4.3技術(shù)文件上交方式

原理圖、線路板圖、元器件封裝及源程序均需提交電子文檔，采用U盤上

交，上交時間為比賽結(jié)束時（14:30）。

5評分標(biāo)準(zhǔn)

序號評分項目知識、技能點分值

操作規(guī)范、環(huán)境清潔、安全用電團隊合作、符合

1安全操作規(guī)范10

職業(yè)崗位的要求和企業(yè)生產(chǎn)“5S”原則。

2電子設(shè)計工藝按賽卷要求完成印刷線路板繪制20

印刷線路板焊接、機器人控制器安裝布局與接線

3電子裝接工藝30

工藝。

根據(jù)競賽任務(wù)書要求，完成某一特定功能機器人

4