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3.全国大学生电子设计竞赛测控类赛题分析(胡仁杰)


历年测量控制类竞赛题分析

东南大学 电工电子实验中心
胡仁杰 hurenjie@seu.edu.cn

大学生电子设计竞赛测控类赛题
?2003-简易智能电动车 ?2005-悬挂运动控制系统 ?2007-电动车跷跷板(含高职) ?2009-声音导引系统 ?2009-LED点阵书写显示屏 ?2011-基于自由摆的平板控

制系统 ?2011-智能小车 ?2011-帆板控制系统 ?2010-电子式温度调节器 高职高专类 ?2012-简易电子秤

模拟电子系统设计邀请赛

2003-简易智能电动车
一、任务 设计并制作一个简易智能电动车。 二、要求 ? 电动车从起点开始,沿引导线行进,经过 弯道; 5cm ? 在光源引导下,避障进入停车区,进入停 C 车位; ? 检测地下薄铁; ?障 碍 区 控制全程时间,强调速度; O ? 记录行程。
1m 2m 50cm 障 碍 物 1 12cm R=0.8m 2m 2cm 障 碍 物 2 2cm 0.4m 12.5cm 15cm 5cm

1m

0.3m 0.2m

车库
0.4m

0.4m

光源
停车区
5cm 5cm 5cm

1.45 m

弯道区

直道区
0.4m

5cm B 12.5cm 1.2m

引导线

2.3m

2003-简易智能电动车
循迹: 光电传感器 ? 铁片检测:涡流传感器、霍尔传感器 ? 避障: 超声波传感器 ? 定点停车:红外传感器 ? 主要难点:
?

光相关自适应调整 ? 速度与偏差
?

?

误区:开环控制

2005-悬挂运动控制系统
15cm 80cm 15cm

一、任务 通过两只电机控制物体 在倾斜板上运动画出指定 的运动轨迹。 二、要求 ?可控,到达指定目标 ?按指定轨迹运动; ?控制运动速度; ?标识当前位置 ; ?循迹运动,运动趋势判断;

15cm

原点

100cm

15cm

2005-悬挂运动控制系统
步进电机控制与驱动 ? 起始定位 ? 路径规划:
?

将路径细分成N小线段 ? 计算每一线段的起始点与终点坐标 ? 计算移动每一线段时两电机收放距离 ? 注意电机线轴直径的变化
?

?

循迹运动:光电传感器、轨迹趋势预测

2007-电动车跷跷板
A
电动车

30 0m m

B

图3 自动驶上跷跷板示意图

1600

mm

90 C

m 400m m 200m

A

配重物体

800mm A

图1 起始状态示意图
90

C 70mm

dA

300mm

90°

一、任务 设计并制作一个电动车跷跷 板,起始端A一侧装有可移动 的配重。电动车从起始端A出 B 发,可以自动在跷跷板上行驶。 跷跷板半圆轴上能转动。 二、要求 ?电动车在跷跷板上往复行驶; ?通过行驶使跷跷板保持平衡; B ?控制速度,计时; ?平衡状态间的调整.
dB

图2 平衡状态示意图

2007-电动车跷跷板
水平度检测:用电位器自制传感器、 水银开关、倾角传感器、加速度传 感器 ? 小车保持直线运行、行程记录 ? 车速控制:步进式控制;车速与水 平度相关 ? 小车响应速度与行进距离矛盾的协 调
?

2009-声音导引系统
接收器 C x D S 可移动 声源

1m 中点 O’

W

y

接收器 A

中点 O 1m 图1 系统示意图

接收器 B

一、任务 设计并制作一声音导引 系统,一个可移动声源S, 三个声音接收器A、B和C, 用无线方式传输信号,引 导运动。接收器和声源间 无线通信。 二、要求 ? 以声音作为引导运动到指 定位置,定位精确; ? 控制运动速度、运动方向.

2009-声音导引系统
采用间歇式发声、音量适中 ? 声响传感器的灵敏度 ? 在不同控制阶段选择不同接收器比较 ? 车速的控制:速度与偏离度相关 ? 难点:环境噪声的影响,接收器灵敏度 设定,自适应?
?

2011-基于自由摆的平板控制系统
一、任务 固定支架 设计并制作一个自由摆上的平板控制系统,驱动电 机可以控制平板转动。 二、要求 ? 自由摆摆动过程中,使平板上硬币不滑落、少滑动; 转轴 ? 多个硬币保持叠放不滑落; 摆杆 ? 在平板上固定一激光笔,保存照射在靶心,减少偏差; ? 硬币 电线 ? 减少瞄向靶心的时间。
激光笔 20cm

100cm

电机 10cm 平板

150cm

6cm

电机转轴

100cm

2011-基于自由摆的平板控制系统
开始摆动的检测 ? 起始位置角度的检测(与平板角度相关) ? 平板的预调整 ? 电机转动的响应速度 ? 根据起始角、周期、摆长、靶距计算摆 动过程中激光笔的位置,进而算出激光 笔的角度
?

2011-智能小车

一、任务 甲、乙两辆小 车前后同时起动, 在架高跑道上同 向而行。 二、要求 ?行进过程中交 替超越,不碰撞, 不掉落; ?控制速度尽量 快。

2011-智能小车
光电传感器的自适应性 ? 进程累计 ? 车速的适当控制 ? 两车的协调控制
?

2011-帆板控制系统
一、任务 设计制作一 个帆板控制系 统,通过控制 风扇转速,调 节风力大小, 改变帆板偏转 角θ

二、要求 ?检测显示偏转角 ?设置并控制实现偏转角 ?在一定距离范围内设置并控制实现偏转角

2011-帆板控制系统
在帆板上安装角度传感器,测量偏转 角 ? 调节电压(数字、模拟方式)控制风 扇转速 ? 形成偏转角测量—风扇转速控制闭环 ? 误区:开环控制
?

2010-电子式温度调节器
一、任务 设计一电子式温度调节器 ,对帕尔帖(peltire)温度控 制装置内温度控制。 二、要求 1.准确显示温度值; 2.指定温度控制,快速、准 确、稳定; 3.按照温度曲线控制温度变 化。

图1 帕尔帖温度控制装置

2010-电子式温度调节器
温度传感器的校对 ? 温度检测抗干扰 ? 升降温速度与超调矛盾的协调 ? 升降温速度控制:数字、模拟方式 ? 散热对升降温的影响
?

2012-简易电子秤

一、任务 使用电阻应变片称重传感 器,实现电子秤。用砝码 作称重比对。 二、要求 ?准确、稳定称重; ?称重传感器的非线性校正, 提高称重精度; ?实现“去皮”、计价功能; ?具备“休眠”与“唤醒” 功能,以降低功耗。

2012-简易电子秤
称重传感器的标定 ? 传感器的线性化处理 ? 低漂移、高精度放大器设计
?

LED点阵书写显示屏
光笔

一、任务 ?设计并制作一个基于32×32 32×32 点阵LED模块的书写显示屏。 LED 点阵模块 ?LED点阵模块显示屏工作在人 控制器 眼不易觉察的扫描微亮和人眼 可见的显示点亮两种模式下; 当光笔触及LED点阵模块表面 时,检测扫描信号以获取其行 列坐标。 二、要求 ?获得并显示光笔位置; ?实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移” 等书写显示功能; ?当环境光强改变时,能自动连续调节屏上显示亮度;超时不操作时进入休 眠状态。

2009-LED点阵书写显示屏
题目的理解 ? 光电传感器的灵敏度及响应速度 ? 扫描点的定位 ? 动作指令的识别
?

测控类赛题设计概要
?准备
? ? ? ?

?

?

处理器平台:资源集成度、精度与速度 信号输出通道:DAC、PWM 信息显示:LCD 电源电压 传感器:温度、声、光、磁、速度、距离、 加速度、角度、 执行机构:电流驱动、电压控制、电磁机构 直流电机、步进电机、伺服电机

测控类赛题设计概要
?准备
? ? ? ?

?

信号处理、分析、识别 数值计算 控制算法 菜单显示、数据显示、曲线显示 低功耗设计

测控类赛题设计概要
?审题
? ?

? ?

了解题目明确要求完成的工作; 仔细阅读任务、说明部分文字,往往 对题目的实现方法、测试方法、元器 件有限定; 任务中的要求一般是全局性的 任务部分的图往往给定系统结构,说 明中的图一般是解释性或建议性的

测控类赛题设计概要
?创新
?

?

?

功能:题目中没有要求的。一般情况 下,参数输入、显示方式不算; 指标:速度、精度、量程明显超出题 目要求; 技术路线、实现方法与众不同,有创 意;

测控类赛题设计概要
?提示
? ? ? ?

杜绝“复制”、“移植”、“拆机” 做好测试“条件”、“思想”准备 切忌“小聪明”、“钻空子” 不要“临场发挥”


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