測控類題目的制作

測控類題目的制作徐寅林一.有測控類題的歷屆競賽第三屆（1997年）：水溫控制系統(tǒng)(全國競賽C題

)第五屆（2001年）:自動往返電動小汽車(全國競賽C題

)

第六屆（2003年）:1.簡易智能電動車(全國競賽E題

)

2.液體點滴速度監(jiān)控裝置(全國競賽F題

)

第七屆（2005年）：懸掛運動控制系統(tǒng)(全國競賽E題

)

第八屆（2007年）：電動車蹺蹺板(全國競賽F題

)

第九屆（2009年）：聲音引導(dǎo)系統(tǒng)(全國競賽B題

)

第九屆（2009年）：模擬路燈控制系統(tǒng)

(全國競賽I題，高職高專組)。第十屆（2011年）：智能小車超車

(全國競賽B題)。第十屆（2011年）：智能小車超車

(全國競賽C題)。第十屆（2011年）：帆板控制系統(tǒng)（F題，高職高專組）

綜合運用光、機、電技術(shù)省競賽2008年ALTERA杯CPLD設(shè)計競賽電梯控制系統(tǒng)，太陽能熱水控制系統(tǒng)，花房控制系統(tǒng)……。2010年TI杯模擬電子系統(tǒng)專題邀請賽試題

點光源跟蹤系統(tǒng)（B題）控制類賽題需要準(zhǔn)備的東西控制系統(tǒng)部分（MCU及接口電路）電機驅(qū)動部分（功率器件）傳感器檢測部分（接口電路、信號調(diào)理電路）主攻“控制類”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

（2）微控制器電路模塊制作和編程：如：MCS51系列、MSP430系列、PIC系列等等。

（3）微控制器外圍電路模塊制作和編程：如鍵盤及顯示器模塊、RS-485總線通信模塊、CAN總線通信模塊、無線收發(fā)器電路模塊、ADC模塊、DAC模塊等等。

（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、音頻信號檢測模塊等等。

（5）電機控制電路模塊制作和編程：如直流電機驅(qū)動模塊（L298N）、步進電機驅(qū)動模塊（L297+L298N，TA8435H）、舵機控制模塊、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）電動小車制作二、常用測控元件、電路（傳感器模塊）檢測對象：1.障礙物的檢測2.循跡的黑線檢測、軌道邊沿3.運動距離4.小車速度的檢測5.圖像檢測（光點）紅外光電開關(guān)紅外對管（開關(guān)）常見有透射型、反射型透射型：測轉(zhuǎn)速、位移

反射型：測障礙物、黑線、邊緣檢測高抗干擾紅外檢測電路遠(yuǎn)距離紅外檢測2.光電盤用途：測量角位移、轉(zhuǎn)速（可間接測量小車直線位移、速度）一般利用透射型光電管檢測小車實例照片

3.霍爾開關(guān)用途：測電機轉(zhuǎn)速等

4.光敏電阻、光電池光敏電阻在無光照時，其暗阻值一般大于1500kΩ

，在有光照時，其亮阻值為幾千歐，兩者相差較大。光電池一般在較強光線照射下：450～600mV光敏電阻硅光電池光敏電阻信號放大電路光電池信號放大電路用途：檢測可見光。小車自動尋找光源、自動開關(guān)窗簾等5.金屬接近開關(guān)用途：避障礙，循跡6.干簧管用途：測轉(zhuǎn)速、檢測磁場、水位高低檢測電磁開關(guān)7.水銀開關(guān)用途：水平報警系統(tǒng):當(dāng)水銀開關(guān)處于水平狀態(tài)時利用水銀將兩觸點接通,傾斜到一定程度時將設(shè)備停止同時產(chǎn)生報警.正置報警系統(tǒng):安裝在一設(shè)備上,當(dāng)設(shè)備是垂直狀態(tài)時,兩觸點是斷開的,當(dāng)設(shè)備傾后水銀將其觸點接通.8.加速度及傾角的傳感器用途：測量加速度、傾角平衡擺-擺放硬幣如何檢測擺角？X軸Y軸βα圖3斜坡芯片yxSCA100T雙軸傾角檢測芯片數(shù)字SPI或模擬輸出一般采用光敏電阻、光電池等作為尋找可見光源傳感元件三、小車循跡策略1.亮光源的尋找（滅火、自動回庫等）小車頂視圖滅火小車視頻光點位置檢測：接收管+聚焦大透鏡

2.黑線的循跡右手法則：遇有交叉時，以右邊為優(yōu)先的前進方向，然后是直線方向、左邊方向。左手法則：遇有交叉時，以左邊為優(yōu)先的前進方向，然后是直線方向、右邊方向。3.迷宮算法四、電機的控制1.電機的選擇--直流減速電機、步進電機

直流電機幾千轉(zhuǎn)/分經(jīng)過齒輪變速后轉(zhuǎn)速為幾十轉(zhuǎn)/分1.容易控制；2.輸出力矩大，驅(qū)動能力強特點：轉(zhuǎn)速高，控制較難，需要和角度測量傳感器（例如光電編碼盤）配合構(gòu)成閉環(huán)使用。步進電機特點：轉(zhuǎn)速低，控制容易（數(shù)字控制），不需要和角度測量傳感器配合；開環(huán)使用。演示步進電機動畫步進電機通電次序（四相為例）四相單四拍：A-B-C-D-A-B-C-D-……四相雙四拍：AB-BC-CD-DA-AB-…….四相八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB-B-BC-……舵機角度控制2.直流減速電機的驅(qū)動電路PWM調(diào)速8050驅(qū)動（小于1A）缺點：不可調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向8050電機與被驅(qū)動部件的彈性連接聯(lián)軸器單電源H型直流電機控制電路小功率，可調(diào)正反轉(zhuǎn)也可調(diào)速達林頓管作為末級輸出，驅(qū)動能力強TIP142做信號控制,資料:最大電流可達10A,實際電流2A采用專用集成電路的H型驅(qū)動電路廣泛使用的，帶速度控制的專用集成電路的H型驅(qū)動電路（輸出電流2A，最大電流可達4A）3.步進電機的驅(qū)動電路7路輸出陣列達林頓管集成電路ULN2003,每路輸出（開路）電流達1A.采用專用集成電路L298N4.步進電機環(huán)形分配：硬件環(huán)形分配集成電路：三相步進電機CH250B四相步進電機CH224、L297軟件環(huán)形分配器：單片機利用口線輸出作為ABCD控制引腳，可以實現(xiàn)軟件環(huán)形分配驅(qū)動步進電機，P1端口輸出電平在各步中的情況如下表所示：步序P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)P1.0(A)P1口輸出值011000CH1011006H2001103H3100109H#include"reg52.h"unsignedcharcodestep_tab1[4]={0xc,0x6,0x3,0x9};//4相雙4拍軟件分配表/*-----------------約延時100us--------------------*/delay(unsignedchardy){unsignedcharii;while(--dy)for(ii=0;ii<24;ii++);}//----------------------主程序------------------------------main(){bitdirection;//步進電機旋轉(zhuǎn)方向標(biāo)志

unsignedchari;charstep_index;//步進電機步序

direction=0;//觀察正轉(zhuǎn)情況

while(1)//大循環(huán)

{if(direction==1){if(++step_index>3)step_index=0;}//正轉(zhuǎn)

else{if(--step_index<0)step_index=3;}//反轉(zhuǎn)

P1=step_tab1[step_index];

for(i=0;i<10;i++)//調(diào)用10次，走一步0.1秒延時

delay(100);//10毫秒延時

}}5.直流電機驅(qū)動的小車速度、位移控制算法---時間分割法設(shè)采樣周期為0.1S，線長分割為：位置檢測采用定時采樣，控制輸出也采用定時控制，在每個采樣周期，計算機比較指令值與反饋值偏差，然后控制伺服電機運轉(zhuǎn)。1.任意采樣時刻的指令增量值，反饋增量值之差為偏差：2.若把前一時刻遺留的偏差計算在內(nèi)：3.輸出驅(qū)動為：五、PID控制原理在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。實際中也有PI和PD控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中采用的PID控制規(guī)律為式中:P(t)—控制量,即輸出的PWM占空比系數(shù)；e(t)—系統(tǒng)的控制偏差，等于測量值與給定值之差；—積分時間常數(shù)；—微分時間常數(shù)。—比例增益；計算機系統(tǒng)是采樣控制系統(tǒng)，只能根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，數(shù)字PID是模擬連續(xù)系統(tǒng)PID控制規(guī)律的數(shù)字實現(xiàn)。式中：

=T—采樣周期，T越小，系統(tǒng)的精度越高；E(K)—第K次采樣時的偏差值；K—采樣序號，K=0，1，2……；P(K)—第K次采樣時調(diào)節(jié)器的輸出。Bang－Bang控制在空調(diào)溫度控制中，對溫度的要求不是一個定值，而是一個范圍。執(zhí)行機只有兩種狀態(tài)：on，運轉(zhuǎn)；off，不運轉(zhuǎn)。對于這種執(zhí)行機，采用典型的數(shù)字控制算法為Bang－Bang控制算法。這樣需要兩個溫度設(shè)置點：THIGH和TLOW。假如溫度高于THIGH，則控制器封閉電源（繼電器開釋），假如溫度低于TLOW，則控制器打開電源（繼電器吸合）。THIGH與TLOW之差稱為滯后。使用滯后延長了繼電器的使用壽命，由于它減少了繼電器開關(guān)次數(shù)。典型系統(tǒng)設(shè)計采用單片機作為中心控制器，，用達林頓管TIP122驅(qū)動步進電機，用數(shù)碼管顯示當(dāng)前坐標(biāo)。非接觸反射式可見光光電傳感器作為探測器用于尋跡功能。

單片機系統(tǒng)電機驅(qū)動電機驅(qū)動左電機右電機矩陣鍵盤光耦1光耦2數(shù)碼管顯示光電傳感器部分往年省賽控制類題2008年廣西省省賽試題簡易自動倉儲搬運智能小車（E題）設(shè)計制作一個簡易智能小車，將四個帶有三角形（▲）、圓形（●）、四方形（■）和十字形（╋）標(biāo)志的立方體分別運送到指定的位置。立方體尺寸為

（8cm×8cm×8cm），隨機放置在四個初始位置上，倉儲場地示意圖如圖所示。1.基本要求

（1）采用圖形識別方法識別四個立方體；

（2）將帶有三角形的立方體目標(biāo)送到1號位置；

（3）將帶有圓形的立方體目標(biāo)送到2號位置；

（4）將帶有四方形的立方體目標(biāo)送到3號位置；

（5）將帶有十字形的立方體目標(biāo)送到4號位置。2.發(fā)揮部分

（1）能顯示走過的路徑長度、時間和路徑示意圖；

（2）以最快速度完成上述功能；

（3）以最高精度將立方體擺到目標(biāo)位置；

（4）具有最優(yōu)路徑選擇能力。2008年廣西省省賽試題簡單漢字自動書寫筆（F題）一、任務(wù)

用一支筆自動在一張A4白紙上寫上“電子”兩個漢字。1．基本要求

（1）筆可以抬起和放下；

（2）在一張A4白紙的中間位置寫“電子”兩個漢字；

（3）漢字字體大小要求大于二號字體；

（4）字體工整、勻稱、美觀，大小和筆劃粗細(xì)協(xié)調(diào)，紙面整潔。2．發(fā)揮部分

（1）可以改變寫的字、字體、字的大小和寫的個數(shù)；

（2）可以以指定的大小寫指定的漢字；

（3）具有換頁功能，存放兩張以上的A4白紙，將寫完漢字“電子”后的A4紙移動到其它位置；

（4）換頁之后，在另一張A4白紙的中間位置上寫上“技術(shù)”兩個漢字；

（5）其它特色和創(chuàng)新。

2008年黑龍江省省賽試題運水機器人基本要求開始比賽時小車放置在A區(qū)黑色起車線的左側(cè)，車輪不得壓線。A區(qū)給水方式采用手動，注水完畢，啟動小車，開始計時。將水由小車運到C容器，停在右邊線左側(cè)，停車后車輪不得壓線。小車自動將所載的水卸到C容器（方式自定）。卸水后，小車自動返回A區(qū)停在起車線的左側(cè)，車輪不得壓線。重復(fù)過程（2）、（3）。第二次卸水結(jié)束時，被測隊隊員叫停，測試人員按表終止計時。由測試人員記量C容器中的水量，計算單位時間的運水量。2008年黑龍江省省賽試題基于自動尋跡的智能公交車系統(tǒng)（C題）基本要求（1）電子公交站具有數(shù)據(jù)輸入和顯示功能，能在電子公交站上輸入站臺號以及本站與起始站間的距離。（2）公交車從起始站點A出發(fā)，沿著黑色引導(dǎo)線，經(jīng)站點前下車提示、停靠動作后，自動駛到終點站C，行駛過程中不允許駛出公交車道，要求在1分鐘內(nèi)完成全程行駛；（3）公交車行駛到離站點100cm±10cm處時（以公交站臺標(biāo)識線為基準(zhǔn)），應(yīng)提前發(fā)出下車提示聲5s；（4）公交車駛?cè)胝九_?？繒r，其車身中心標(biāo)識線與站臺?？繕?biāo)識線間誤差應(yīng)不超過10cm，站臺停靠時間為5s；設(shè)計并制作一套用電池供電的智能公交車系統(tǒng)，包括一臺能沿著黑色引導(dǎo)線自主行駛的公交車和兩個電子公交站，公交車行駛線路如下圖所示。2006年吉林省大學(xué)生電子設(shè)計競賽試題盛水容器，分別為A容器和B容器，A容器盛有足量的水，B容器為空，底部中心挖一個出水圓孔。從A容器轉(zhuǎn)移水到B容器，使