2023年河北省職業(yè)院校學(xué)生技能大賽智能硬件裝調(diào)與應(yīng)用賽項樣題

隊員須知：任務(wù)書共21頁，如出現(xiàn)任務(wù)書缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判申請更換任務(wù)書。競賽過程自備編程計算機(jī)和焊接等工具。參賽團(tuán)隊?wèi)?yīng)在6小時內(nèi)完成任務(wù)書規(guī)定內(nèi)容；沒有運(yùn)行記錄或程序文件均不予給分。隊員提交的試卷不得出現(xiàn)學(xué)校、姓名等與身份有關(guān)的信息，否則成績無效。由于錯誤接線、操作不當(dāng)?shù)仍蛞饳C(jī)器人控制器、傳感器、執(zhí)行部件的損壞以及發(fā)生機(jī)械碰撞等情況，將視嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分處理。每一個任務(wù)具體測試要求根據(jù)評判要求現(xiàn)場給定或者任務(wù)書給定。在完成任務(wù)過程中，請及時保存程序及數(shù)據(jù)。賽位號：日期：

本賽題包括功能電路板裝調(diào)，功能電路PCB圖設(shè)計、基本任務(wù)實現(xiàn)、沙盤任務(wù)實現(xiàn)四項競賽任務(wù)。參賽隊員需在規(guī)定時間（6小時）內(nèi)完成上述競賽任務(wù)，根據(jù)要求提交相關(guān)文檔，配合裁判完成競賽任務(wù)評測。競賽設(shè)備描述賽項競賽設(shè)備平臺包括：JC-Robot-AGV型無線智能分揀小車、JC-LOG-SWM智能倉儲沙盤兩個部分。圖1競賽技術(shù)平臺組成（說明：左——智能分揀小車，右——智能倉儲沙盤）圖2JC-Robo-AGV無線智能分揀小車組裝圖1.JC-Robot-AGV無線智能分揀小車無線智能分揀小車包括以下組件：eq\o\ac(○,1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：支撐墊、機(jī)器人底盤、三軸機(jī)械臂、麥克納姆輪、貨物存放托盤、皮帶傳送機(jī)構(gòu)eq\o\ac(○,2)傳感組件：磁導(dǎo)航傳感器，二維碼識別模塊eq\o\ac(○,3)控制組件：STC口袋機(jī)控制模塊eq\o\ac(○,4)顯示組件：OLED顯示模塊eq\o\ac(○,5)驅(qū)動組件：電機(jī)驅(qū)動板、直流電機(jī)（帶編碼器）eq\o\ac(○,6)通信組件：2.4GHz串口WiFi通信模塊eq\o\ac(○,7)驅(qū)動電源：12V8000mAh鋰離子電池組，12V鋰離子充電器2.JC-LOG-SWM智能倉儲沙盤智能倉儲沙盤組成部分包括：沙盤臺面、倉儲貨架、磁導(dǎo)引帶、貨物傳送裝置等（圖3）。沙盤由WiFi無線局域網(wǎng)覆蓋，AGV無線智能分揀小車、貨物傳送裝置均通過WiFi模塊接入該局域網(wǎng)，采用MQTT通信協(xié)議進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交互，參賽隊員通過上位機(jī)智能倉儲軟件進(jìn)行管理。進(jìn)入賽場時，裁判會提供WiFi無線網(wǎng)的SSID與登錄密碼。圖3JC-LOG-SWM智能倉儲沙盤3.智能硬件虛擬開發(fā)驗證平臺通過GoogleChrome瀏覽器訪問遠(yuǎn)程云平臺，輸入用戶名、密碼、選擇學(xué)生角色點擊登錄。圖4平臺用戶登錄界面鼠標(biāo)懸停在網(wǎng)頁右上角，確認(rèn)硬件設(shè)備連接情況。鼠標(biāo)單擊左側(cè)實驗面板。在右側(cè)器件面板展開邏輯器件菜單，這里以自定義邏輯器件為例，鼠標(biāo)選擇自定義管腳MCU。將自定義管腳MCU拖拽到頁面中心實驗圖紙上。出現(xiàn)如下圖對話框。添加輸入輸出管腳，根據(jù)設(shè)計需要3個輸出管腳，1個輸入腳。故在輸出管腳配置一欄添加3個單bit管腳，連接管腳編號依次順延即可。同樣的步驟添加1個輸入管腳。此處需注意，如下圖添加輸出管腳一欄顯示的“連接管腳”號就是我們在MCU工程分配管腳的依據(jù)。確定了“連接管腳”號在按照頁面下載的文檔《二代遠(yuǎn)程管腳對應(yīng)關(guān)系_V1-MCU-Beta.xlsx》根據(jù)表格中編號確認(rèn)遠(yuǎn)程編號對應(yīng)的實際STC15管腳名稱。添加管腳之后點擊“完成設(shè)置”。圖紙中央會出現(xiàn)如下圖所示的自定義管腳的邏輯器件。接下來在圖紙中添加實物器件菜單中LED

燈3

個，按鍵1

個。如下圖所示。如下圖所示，鼠標(biāo)單擊器件引出的管腳一次即可引出一根導(dǎo)線，再單擊另一個器件的管腳即可實現(xiàn)導(dǎo)線連接。在開始使用之前，點擊導(dǎo)出實驗?zāi)Ｐ?，把模型存儲到本地備份。至此一個擁有按鍵輸入和LED輸出的遠(yuǎn)程工程就創(chuàng)建完成。下次登陸遠(yuǎn)程想重復(fù)本次實驗時使用導(dǎo)入實驗按鈕導(dǎo)入之前導(dǎo)出的文件即可。然后點擊單片機(jī)燒寫按鈕，選擇您自己的keil工程生成的hex文件，稍等片刻即可燒寫完成。燒寫完成后，點擊運(yùn)行實驗按鈕，即可觀察到實驗現(xiàn)象。任務(wù)一：功能電路裝調(diào)1.任務(wù)描述現(xiàn)場發(fā)放功能電路板焊接套件（含PCB板與元器件）和技術(shù)資料（電路原理圖、物料清單），參賽選手對所發(fā)套件進(jìn)行檢查，有缺漏或壞器件，開賽后30分鐘內(nèi)提出，未在規(guī)定時間內(nèi)提出視為齊全，超過規(guī)定時間提出申請補(bǔ)領(lǐng)，根據(jù)競賽規(guī)定扣分。參賽隊員利用自帶或賽場提供的工具、儀器，按照電路原理圖完成功能電路板裝配及調(diào)試。2.比賽要求（1）功能電路裝調(diào)參賽隊員須按照典型電子產(chǎn)品裝配工藝要求進(jìn)行功能電路裝配。裝配完成后，上電前要測試裝配的電路是否存在短路現(xiàn)象（測量電容C9、C18兩端是否短路），若存在短路，請自行檢查排除。確認(rèn)電路板可以正常工作后，完成下列任務(wù)并觀察：使用mini-USB（USB1和USB2均可以供電）和12V電源適配器給電路板上電，LED9~LED11均應(yīng)該被點亮，其余功能見后續(xù)表述。該電路板正常的功能描述如下：本電路為模擬話筒放大器，能夠?qū)崿F(xiàn)市場上銷售的便攜式話筒擴(kuò)音器的相關(guān)功能。所提供的成品電路板能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)部信號測試及功率放大功能。+VCC1、GND1為電源供電輸入端，輸入電壓為+6V，Vin1及GND2為外部音頻信號輸入端，Vout1、GND3為信號輸出端，S1為內(nèi)部測試信號與外部音頻信號輸入切換開關(guān)，RW1為音量調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)該電位器可以實現(xiàn)輸出信號幅度的調(diào)節(jié)，R25為模擬負(fù)載，代替揚(yáng)聲器。電路由模擬正弦音頻測試信號產(chǎn)生電路及語音信號功率放大電路組成，在成品板功能正常的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：（1）以U1A為核心的電路產(chǎn)生800~1000Hz（不同的成品板可能存在差異，但不影響選手完成競賽任務(wù)。）范圍內(nèi)不失真的模擬正弦音頻測試信號，濾波后經(jīng)開關(guān)S1切換送入后級放大電路放大。（2）以Q1及U2為核心構(gòu)成語音信號功率放大電路，其中Q1構(gòu)成前置放大器，U2構(gòu)成功率放大器。音頻信號（內(nèi)部測試信號或者外部輸入信號）經(jīng)Q1前置放大和濾波后送入U2實現(xiàn)音頻信號功率放大，在負(fù)載R25上獲得不失真的正弦音頻信號。3.比賽內(nèi)容（1）元器件檢測參賽隊員須參照閱讀物料清單進(jìn)行元器件的辨識、清點和檢測。元器件種類包括：待焊電路板、驅(qū)動芯片等。（2）功能電路裝調(diào)及提交參賽隊員須依據(jù)電路原理圖、位號圖（印制板頂層和底層絲印圖）及物料清單，按照典型電子產(chǎn)品裝接工藝要求完成裝配及調(diào)試，開賽2.5小時后提交給裁判評判（選手提交所裝配的電路板時必須將下發(fā)的功能測試程序（下發(fā)U盤中“功能電路板測試程序.hex”）下載至MCU中并驗證相關(guān)功能），同步提交功能電路板提交確認(rèn)單，裁判依據(jù)確認(rèn)單進(jìn)行確認(rèn)。選手裝配的功能電路下載程序后，應(yīng)具備表1所示功能。表1功能電路功能表序號功能現(xiàn)象1USB串口功能串口助手界面顯示UART1OK（波特率設(shè)置為115200）2蜂鳴器上電后鳴響一次停止3數(shù)碼管0~9循環(huán)計數(shù)4按鍵按下SW1~SW8，LED1~LED8對應(yīng)點亮5繼電器上電后吸合一次6發(fā)光二極管1.上電后LED9正常點亮，按下SW9，LED11微微發(fā)光。2.僅插入DC12V或者USB1或者USB2，LED9，LED10點亮。選手需要將下發(fā)U盤中串口助手程序并下載程序后，方可實現(xiàn)表1的功能。任務(wù)二：功能電路PCB繪制1.任務(wù)描述選手完成下發(fā)功能電路原理圖的功能電路PCB圖繪制（相關(guān)下發(fā)資料在U盤“PCB設(shè)計文檔”文件夾中），比賽開賽后6小時提交所繪制的PCB圖，延時提交本任務(wù)以0分計入總成績。2.比賽內(nèi)容及要求根據(jù)下發(fā)SchDoc格式原理圖（功能電路原理圖.SchDoc），PCB繪制約束條件和相應(yīng)元器件封裝庫（下發(fā)的功能電路原理圖中標(biāo)號為S1，VD2的元器件封裝需要選手根據(jù)下發(fā)的數(shù)據(jù)手冊中的封裝由選手自行繪制(數(shù)據(jù)手冊在U盤“選手自行繪制封裝庫元器件手冊”文件夾中)，其余元器件的封裝庫利用下發(fā)的“功能電路PCB封裝庫”中的封裝），利用AltiumDesigner14及以上版本軟件完成功能電路PCB的繪制。選手繪制的PCB圖必須滿足的要求如下：（1）根據(jù)賽題給定的功能電路原理圖和PCB約束條件（下發(fā)的“功能電路PCB.PcbDoc”文件中鎖定位置的元器件（如圖10所示）不得改變位置，否則本任務(wù)以0分計入總成績）完成PCB設(shè)計。（2）線路板約束規(guī)則要求：采用雙層板，最小間距8mil（集成電路U3不受此條件限制），最小線寬6mil，過孔最小孔徑8mil，過孔最小直徑12mil，敷銅最小間距20mil，位號絲印高度為50mil；3.3V，5V電源線寬30mil，鎖定元件不可移動，PCB外形尺寸不可改變，敷銅為網(wǎng)格形式。（3）所繪制的PCB外形為給定的功能電路PCB.PcbDoc文件中給定圖形的外側(cè)圖形。（4）參賽隊所繪制的功能電PCB圖，以電子稿形式（按照任務(wù)書指定要求格式）保存在U盤中提交，開賽后6小時提交，同步上交U盤提交確認(rèn)單，裁判依據(jù)確認(rèn)單進(jìn)行確認(rèn)。（5）各參賽隊完成的文件需要將自行設(shè)計的PCB圖文檔（*.PcbDoc）文件保存在下發(fā)U盤中根目錄下的文件夾中，文件夾名稱：2023-JC**（**為選手賽位號，文件夾由選手自行創(chuàng)建），PCB圖文件命名為“2023-JC**.PcbDoc”（**為選手賽位號）。在PCB圖文件中不得出現(xiàn)選手的任何信息，否則視為作弊，總成績以0分計算。圖10印制板約束條件示意圖任務(wù)三：基本任務(wù)實現(xiàn)1.任務(wù)描述基于遠(yuǎn)程云端硬件實驗平臺編程實現(xiàn)：流水燈、數(shù)碼管和LCD1602液晶控制。2.任務(wù)說明（1）參賽隊員在遠(yuǎn)程云端硬件實驗平臺上，利用平臺現(xiàn)有資源，設(shè)計一個流水燈、數(shù)碼管和LCD1602液晶控制功能電路,編寫程序，編譯后在線下載后完成相關(guān)功能，在平臺上呈現(xiàn)相關(guān)結(jié)果，由裁判在比賽開始后1小時30分到選手賽位根據(jù)選手完成情況完成評判。（2）電路基本組成電路由MCU、1個LED燈（LED1~LED4）、2個數(shù)碼管（SMG1及SMG2）、1個LCD1602液晶組件及3個獨(dú)立按鍵SW1~SW3組成，選手實現(xiàn)的基本功能要求如表2所示：表2基本功能要求序號基本功能要求1按下SW1，LED1~LED4依序流水點亮；再次按下SW1，LED1~LED4熄滅。2按下SW2，數(shù)碼管循環(huán)顯示0~9，再次按下SW2，數(shù)碼管保持顯示當(dāng)前數(shù)值。3按下SW3，液晶屏第一行顯示：13579，第二行顯示：02468。4連續(xù)2次按下SW1，LED1、LED4點亮；LED2、LED3熄滅。5連續(xù)2次按下SW2，數(shù)碼管依序顯示0，2，4，6，8，再次按下SW2，數(shù)碼管熄滅。說明：以上任務(wù)均在遠(yuǎn)程云端硬件實驗平臺上實現(xiàn)，不提供實物供選手調(diào)試。（3）程序項目及所有源代碼保存在一個獨(dú)立的文件夾內(nèi)，裁判評判時調(diào)用。裁判評判時選手操作，裁判員記錄相關(guān)結(jié)果。（4）選手需要繪制電路圖，編寫能夠?qū)崿F(xiàn)表2功能的程序，通過遠(yuǎn)程登陸賬號，在線運(yùn)行程序。各參賽隊使用現(xiàn)場下發(fā)的用戶和密碼登錄后完成上述任務(wù)。（5）調(diào)用功能模塊介紹1）獨(dú)立按鍵獨(dú)立按鍵器件為有源模塊，當(dāng)按下按鍵時，其對應(yīng)的信號輸出為高電平，默認(rèn)電平狀態(tài)為低電平。圖標(biāo)如圖11所示：圖11獨(dú)立按鍵示意圖2）數(shù)碼管本數(shù)碼管器件為有源模塊，數(shù)碼管的亮段當(dāng)成7個發(fā)光二極管。根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的共連接端不同，可以分為共陽極接法和共陰極接法，共陽極接法是七個發(fā)光二極管的正極共同接電源VCC，通過控制MCUgpio口的輸出狀態(tài)決定每個發(fā)光二極管的負(fù)極是否接地來顯示字母。共陰極接法是每個發(fā)光二極管的負(fù)極共同接地GND，通過控制MCUgpio口的輸出狀態(tài)決定每個發(fā)光二極管的正極是否接電源來顯示字母，其示意圖如圖12所示。圖12數(shù)碼管示意圖3）LED燈LED燈默認(rèn)為低電平滅，高電平點亮（具體默認(rèn)狀態(tài)可根據(jù)LED燈右擊參數(shù)設(shè)置進(jìn)行修改）圖13LED燈示意圖4）1602液晶屏LCD1602采用雙行、并行8總線、5*8顯示，不支持讀忙信號，指令操作信息參考一下說明手冊。其示意圖如圖14所示。圖14液晶屏示意圖（6）相關(guān)說明1）接口信號說明如表3所示：表3LCD1602液晶顯示屏接口信號說明序號符號引腳說明1RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）2RW讀/寫選擇端（H/L）3EN使能信號4D0~D7數(shù)據(jù)信號2）基本操作時序?讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，EN=H，輸出：D0~D7；?寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0~D7=指令碼，EN=高脈沖，輸出：無；?讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，EN=H，輸出：D0~D7；?寫數(shù)據(jù):輸入：RS=H，RW=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，EN=高脈沖，輸出：無。3）狀態(tài)字說明表4-1狀態(tài)字說明STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0D7D6D5D4D3D2D1D00表4-2狀態(tài)字說明STA0-6當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值STA7讀寫操作使能1：禁止0:允許注：對控制器每次進(jìn)行讀寫操作之前，都必須進(jìn)行讀寫檢測，確保STA7為0。4）指令說明?初始化設(shè)置?顯示模式設(shè)置表5顯示模式設(shè)置指令碼功能00111000設(shè)置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口?顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置表6顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置指令碼功能00001DCBD=1開顯示；D=0關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)；C=0不顯示光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍；B=0光標(biāo)不顯示000001NSN=1：讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1，且光標(biāo)加1N=0：讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1，且光標(biāo)減1S=1：寫一個字符，整屏顯示左移(N=1)或右移（N=0），實現(xiàn)光標(biāo)不移動而屏幕移動的效果。S=0：寫一個字符，整屏顯示不移動?數(shù)據(jù)控制控制器內(nèi)部設(shè)有一個數(shù)據(jù)地址指針，可通過它們來訪問內(nèi)部的全部80字節(jié)RAM。?數(shù)據(jù)指針設(shè)置表7數(shù)據(jù)指針設(shè)置指令碼功能80H+地址碼(0-27H，40H-67H)設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針?其他設(shè)置表8其他設(shè)置指令碼功能01H顯示清屏：1.數(shù)據(jù)指針清零2.所有顯示清零02H顯示回車：數(shù)據(jù)指針清零?初始化過程（復(fù)位過程，按照下列順序依次執(zhí)行）?延時15ms?寫指令38H（不檢測忙信號）?延時5ms?寫指令38H（不檢測忙信號）?延時5ms?寫指令38H（不檢測忙信號）?后續(xù)每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測忙信號?寫指令38H：顯示模式設(shè)置?寫指令08H：顯示關(guān)閉?寫指令01H：顯示清屏?寫指令06H：顯示光標(biāo)移動設(shè)置?寫指令0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置5）接口時序?讀操作時序圖15讀操作時序?寫操作時序圖16寫操作時序?時序參數(shù)表9時序參數(shù)時序參數(shù)符號極限值單位測試條件最小值典型值最小值E信號周期tc400--ns引腳EE脈沖寬度tpw150--nsE上升沿/下降沿時間tR、tF--25ns地址建立時間tsp130--ns引腳E、RS、R/W地址保持時間tHD110--ns數(shù)據(jù)建立時間（讀操作）tD--100ns引腳DB0-DB7數(shù)據(jù)保持時間（讀操作）tHD220--ns數(shù)據(jù)建立時間（寫操作）tSP240--ns數(shù)據(jù)保持時間（寫操作）tHD210--ns任務(wù)四：沙盤任務(wù)實現(xiàn)1.任務(wù)描述：針對特定任務(wù)要求，通過編程和調(diào)試使AGV無線智能分揀小車在智能倉儲沙盤場地上運(yùn)行并按要求完成自主搬運(yùn)作業(yè)。2.任務(wù)說明：（1）比賽要求參賽隊員須根據(jù)倉儲分揀搬運(yùn)任務(wù)要求，在規(guī)定時間內(nèi)編寫程序并配置任務(wù)清單，使小車能夠在程序的控制下自動完成賽題所規(guī)定的智能倉儲貨物分揀和搬運(yùn)任務(wù)。本任務(wù)要求選手在5分鐘內(nèi)完成，測試時超過5分鐘完成的任務(wù)以0分計入本任務(wù)總成績。（2）沙盤地圖根據(jù)應(yīng)用場景，設(shè)置倉儲沙盤如圖17所示，尺寸規(guī)格為長3000mm，寬2000mm，離地高度為600mm，周邊用透明圍欄防止小車跌落。整個沙盤分為四個區(qū)域：出發(fā)區(qū)、倉儲區(qū)、終點區(qū)、卸貨區(qū)。按編號1-6設(shè)置六個貨架，每個貨架為3×3結(jié)構(gòu)，即上下三層，每層擺放三個貨物（場地中間的貨架是兩排貨物，共六個），每個貨物均貼有商品二維碼（朝向外側(cè)擺放），見圖17-2，小車通過機(jī)械手抓貨物前需通過二維碼識別貨品。圖17-1中，小車行駛賽道寬度為500/700mm；循跡磁導(dǎo)引線寬度為30mm。沙盤任務(wù)測試時將小車擺放在沙盤的“出發(fā)區(qū)”，根據(jù)賽題任務(wù)進(jìn)入“倉儲區(qū)”經(jīng)過各個貨架由機(jī)械手取出物品，放置在小車的貨箱上，任務(wù)完成后行駛到“終點區(qū)”，小車與卸貨平臺握手通信后，自動將車載裝有貨物的電動貨箱推送到卸貨平臺上。傳送帶的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過無線通信上傳至上位機(jī)，上位機(jī)軟件記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。圖17-1智能倉儲沙盤地圖（示意圖）圖17-2智能倉儲沙盤地圖（貨架示意圖）（3）沙盤任務(wù)圖18智能倉儲沙盤實物貨品分揀任務(wù)說明：要求小車在規(guī)定時間（5分鐘）內(nèi)，分別在1，2，3-1，3-2，4-1，4-2，5，6號貨架內(nèi)取回編號（編號為3位阿拉伯?dāng)?shù)字，位數(shù)不足的在前面添0，例如58號編號為058，其余以此類推）如表3所示的貨物（位圖見圖17-2），其中存在一定數(shù)量擺放貨物的二維碼與給定任務(wù)不一致，選手識別但不取回，在該貨物識別后需控制蜂鳴器長鳴1S，具體不一致的擺放貨物數(shù)量以比賽現(xiàn)場擺放的貨物為準(zhǔn)，選手自行識別判斷后完成比賽任務(wù)。比賽根據(jù)貨物取回數(shù)量及任務(wù)完成度進(jìn)行評分。選手練習(xí)時，59號貨物的二維碼與給定任務(wù)不一致，測試時由裁判現(xiàn)場設(shè)定一定數(shù)量編號貨物的二維碼與編號不一致，由選手自行判斷，要求選手在測試時不取回實際放