2021年山東省職業(yè)院校技能大賽高職組“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制作”賽項(xiàng)

題目：彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)1競賽任務(wù)按賽題要求，利用所發(fā)的技術(shù)資料、元器件及器材完成彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和裝調(diào)任務(wù)，進(jìn)行Cortex-M3系列STM32F103ZET6（LQFP144）處理器或STC單片機(jī)IAP15W4K61S4（LQFP64S）的軟件設(shè)計(jì)，完成該控制器的設(shè)計(jì)及制作。1.1根據(jù)本賽題所給的技術(shù)資料分析彩色圖形件識別搬運(yùn)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軟件繪制印刷線路板圖；1.3完成賽項(xiàng)所提供印刷線路板的焊接任務(wù)；1.4利用賽項(xiàng)提供的控制器機(jī)箱及套件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、故障排除和整機(jī)安裝，包括開關(guān)、電源、電路板、插座的安裝及機(jī)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(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)的正常工作；1.6完成STM32F103或IAP15W4K61S4處理器軟件的編寫，完成規(guī)定的功能要求。2競賽時(shí)間競賽時(shí)間為6小時(shí)（8:30-14:30）。3功能要求與技術(shù)指標(biāo)3.1原理說明彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)由三自由度機(jī)器人結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可以用攝像頭實(shí)現(xiàn)對不同顏色形狀的圖形件進(jìn)行自動識別夾取，其機(jī)構(gòu)如圖1所示。機(jī)械手上下運(yùn)動直線導(dǎo)軌面板與圖形件左右運(yùn)動直線導(dǎo)軌前后運(yùn)動直線導(dǎo)軌攝像頭OV7725電容式位移傳感器機(jī)械手上下運(yùn)動直線導(dǎo)軌面板與圖形件左右運(yùn)動直線導(dǎo)軌前后運(yùn)動直線導(dǎo)軌攝像頭OV7725電容式位移傳感器圖1三自由度機(jī)器人彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)由三個直線導(dǎo)軌分別控制機(jī)械手的左右、上下和前后運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)圖形件的移動。左右運(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī)，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(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為帶編碼器的直流減速電機(jī)，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān)；前后運(yùn)動導(dǎo)軌的驅(qū)動為直流減速電機(jī)，在導(dǎo)軌的兩端安裝防撞的行程開關(guān)；機(jī)械手的驅(qū)動為舵機(jī)；在機(jī)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(jī)械手的下方安裝攝像頭，用于識別圖形件的顏色與形狀。彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)還配有搖桿電位器控制板，與控制器有線連接，可實(shí)現(xiàn)手動控制的工作。3.2功能實(shí)現(xiàn)彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)通過判斷圖形件的顏色與形狀，實(shí)現(xiàn)手動或自動夾取圖形件并放入指定位置。圖形件的形狀包括三角形、正方形、圓形、星形。彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)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(jī)驅(qū)動電路和電源電路等部分組成。參賽隊(duì)需完成印刷線路板繪制，線路板的焊接與調(diào)試，某一線路板的故障排除，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(xiàng)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軟件繪制元器件封裝、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(shí)由裁判長下發(fā)具體方案。根據(jù)器件PDF說明文件或?qū)嵨餃y量的方法進(jìn)行元器件封裝的繪制。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(duì)所繪制的原理圖、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-204液晶顯示和鍵盤電路板、DCP-202數(shù)碼管顯示和鍵盤電路板、DCP-218功率H橋PWM輸出電路板、DCP-216功率運(yùn)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(duì)根據(jù)比賽時(shí)下發(fā)的焊接套件清單、焊接原理圖自己焊接和調(diào)試。3.2.3彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)的裝調(diào)工作要求在如圖2所示的機(jī)箱中完成。安裝套件包括機(jī)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(jī)）、人機(jī)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。其中左右運(yùn)動導(dǎo)軌的位置測量采用直流減速電機(jī)上的編碼器測量，不采用電容式位移傳感器測量。圖2彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)控制器機(jī)箱圖彩色圖形件識別搬運(yùn)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)碼管顯示和鍵盤電路板；3）DCP-206ADS7950或DCP-208ADS1118串行A/D轉(zhuǎn)換電路板；4）DCP-216功率運(yùn)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(duì)需自行完成彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)控制器機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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“彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)”文件夾中。彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)控制器的前面板布置如圖3所示，安裝DCP-400/DCP-300或DCP-204/DCP-202及搖桿電位器接口和電源開關(guān)。圖3彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)控制器前面板圖圖4彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)控制器后面板圖彩色圖形件識別搬運(yùn)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(xiǎn)絲的電源插座。其中端口1連接左右運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、電容式位移傳感器的信號，端口2連接上下運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)及編碼器、前后運(yùn)動導(dǎo)軌電機(jī)的信號，端口3連接機(jī)械手舵機(jī)、攝像頭和力傳感器的信號。組裝控制箱所需某一線路板包含有若干個硬件故障，需要參賽隊(duì)檢測排除，并填寫故障排除記錄表。若不能排除故障無法正常工作，可以采用成品線路板替代，但將扣除故障維修部分任務(wù)的分?jǐn)?shù)。控制器整機(jī)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(jī)功能測試后集中進(jìn)行，比賽過程中不對印刷線路板的焊接工藝單獨(dú)評分。含硬件故障電路板原理圖如圖5所示：圖5含硬件故障電路板原理圖3.2.4彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)的功能要求1）彩色圖形件識別搬運(yùn)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(shí)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，包含參賽隊(duì)自己的賽位號，核心板上蜂鳴器鳴叫X秒，界面底部“按X進(jìn)入主界面”每隔X秒閃爍一次，按下面板上的X鍵，進(jìn)入主界面。進(jìn)入主界面后通過前面板的按鍵進(jìn)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(shí)下發(fā)。注2：“X”代表具體的數(shù)字，具體數(shù)字在比賽時(shí)下發(fā)。3）手動控制要求進(jìn)入手動控制界面后，將圖形件（顏色、圖形、位置隨機(jī)），從面板上夾取出來，并放入裁判指定的位置，具體要求比賽時(shí)下發(fā)。4）自動控制要求進(jìn)入自動界面后，自動識別“區(qū)域設(shè)定”內(nèi)的圖形件，把識別的圖形件自動放入指定位置，具體要求比賽時(shí)下發(fā)。3.3功能的分步實(shí)現(xiàn)本賽題包含印刷線路板設(shè)計(jì)、印刷線路板焊接及調(diào)試、線路板故障排除、彩色圖形件識別搬運(yùn)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(duì)在設(shè)計(jì)及制作時(shí)可分步完成以上各項(xiàng)內(nèi)容。參賽隊(duì)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?jǐn)?shù)。4技術(shù)文件要求各隊(duì)完成的全部文件存放在“2021SD××”（××為2位數(shù)字，即競賽隊(duì)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(duì)信息的，該隊(duì)該項(xiàng)競賽成績將被取消。4.1提交的技術(shù)文件參賽隊(duì)提交的電子文件均采用U盤保存后提交，技術(shù)文件包括：1、電子設(shè)計(jì)工藝所繪制的印刷線路板原理圖、封裝圖和線路板圖；2、彩色圖形件識別搬運(yùn)系統(tǒng)任務(wù)與功能驗(yàn)證所編寫的源程序；4.2文件命名要求電子文件列表如下：2021SD××電路原理圖××.SchDoc線路板圖××.PcbDoc源程序××（文件夾）元器件封裝.PcbLib4.3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盤保存，上交時(shí)間為比賽結(jié)束時(shí)（14:30）。5評分標(biāo)準(zhǔn)序號評分項(xiàng)目知識、技能點(diǎn)分值1安全操作規(guī)范操作規(guī)范、環(huán)境清潔、安全用電團(tuán)隊(duì)合作、符合職業(yè)崗位的要求和企業(yè)生產(chǎn)“5S”原則。102電子設(shè)計(jì)工藝按賽卷要求完成印刷線路板繪制203電子裝調(diào)工藝印刷線路板焊接、機(jī)器人控制器安裝布局與接線工藝及故障診斷與維修。404任務(wù)與功能驗(yàn)證根據(jù)競賽任務(wù)書要求，