2023年河北省職業(yè)院校學生技能大賽智能硬件裝調與應用賽項樣題4

隊員須知：任務書共18頁，如出現(xiàn)任務書缺頁、字跡不清等問題，請及時向裁判申請更換任務書。競賽過程自備編程計算機和焊接等工具。參賽團隊應在6小時內完成任務書規(guī)定內容；沒有運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)學校、姓名等與身份有關的信息，否則成績無效。由于錯誤接線、操作不當?shù)仍蛞饳C器人控制器、傳感器、執(zhí)行部件的損壞以及發(fā)生機械碰撞等情況，將視嚴重程度進行扣分處理。每一個任務具體測試要求根據(jù)評判要求現(xiàn)場給定或者任務書給定。在完成任務過程中，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，功能電路PCB圖設計、基本任務實現(xiàn)、沙盤任務實現(xiàn)四項競賽任務。參賽隊員需在規(guī)定時間（6小時）內完成上述競賽任務，根據(jù)要求提交相關文檔，配合裁判完成競賽任務評測。競賽設備描述賽項競賽設備平臺包括：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)基礎結構：支撐墊、機器人底盤、三軸機械臂、麥克納姆輪、貨物存放托盤、皮帶傳送機構eq\o\ac(○,2)傳感組件：磁導航傳感器，二維碼識別模塊eq\o\ac(○,3)控制組件：STC口袋機控制模塊eq\o\ac(○,4)顯示組件：OLED顯示模塊eq\o\ac(○,5)驅動組件：電機驅動板、直流電機（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)議進行實時數(shù)據(jù)交互，參賽隊員通過上位機智能倉儲軟件進行管理。進入賽場時，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瀏覽器訪問遠程云平臺，輸入用戶名、密碼、選擇學生角色點擊登錄。圖4平臺用戶登錄界面鼠標懸停在網(wǎng)頁右上角，確認硬件設備連接情況。鼠標單擊左側實驗面板。在右側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《二代遠程管腳對應關系_V1-MCU-Beta.xlsx》根據(jù)表格中編號確認遠程編號對應的實際STC15管腳名稱。添加管腳之后點擊“完成設置”。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，鼠標單擊器件引出的管腳一次即可引出一根導線，再單擊另一個器件的管腳即可實現(xiàn)導線連接。在開始使用之前，點擊導出實驗模型，把模型存儲到本地備份。至此一個擁有按鍵輸入和LED輸出的遠程工程就創(chuàng)建完成。下次登陸遠程想重復本次實驗時使用導入實驗按鈕導入之前導出的文件即可。然后點擊單片機燒寫按鈕，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，點擊運行實驗按鈕，即可觀察到實驗現(xiàn)象。任務一：功能電路裝調1.任務描述現(xiàn)場發(fā)放功能電路板焊接套件（含PCB板與元器件）和技術資料（電路原理圖、物料清單），參賽選手對所發(fā)套件進行檢查，有缺漏或壞器件，開賽后30分鐘內提出，未在規(guī)定時間內提出視為齊全，超過規(guī)定時間提出申請補領，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試。2.比賽要求（1）功能電路裝調參賽隊員須按照典型電子產品裝配工藝要求進行功能電路裝配。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，若存在短路，請自行檢查排除。確認電路板可以正常工作后，完成下列任務并觀察：1、焊接完成后，將USB線插入USB-UART插座。將USB口插入電腦USB口上電。2、用短接帽將截圖排針短接，通過STC-ISP軟件，將HEX程序下載到單片機中。3、程序下載完成后，上電后蜂鳴器鳴響一聲。4、繼電器動作一次。5、四位數(shù)碼管同時每隔1S遞增1發(fā)生變化。6、按下SW1-SW8按鍵，按鍵上方對應的LED指示燈點亮。3.比賽內容（1）元器件檢測參賽隊員須參照閱讀物料清單進行元器件的辨識、清點和檢測。元器件種類包括：待焊電路板、驅動芯片等。（2）功能電路裝調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，按照典型電子產品裝接工藝要求完成裝配及調試，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中并驗證相關功能），同步提交功能電路板提交確認單，裁判依據(jù)確認單進行確認。任務二：功能電路PCB繪制1.任務描述選手完成下發(fā)功能電路原理圖的功能電路PCB圖繪制（相關下發(fā)資料在U盤“PCB設計文檔”文件夾中），比賽開賽后6小時提交所繪制的PCB圖，延時提交本任務以0分計入總成績。比賽內容及要求根據(jù)下發(fā)電路圖、元器件參考圖等資料，利用AltiumDesigner15及以上版本軟件完成原理圖及PCB設計。選手繪制的原理圖及PCB必須滿足如下要求：序號基本功能要求1給定的功能電路原理圖和PCB約束條件：1、下發(fā)的“PCB.PcbDoc”文件中鎖定的元器件不得改變位置。2、給定的定位孔不得改變位置。3、外形尺寸不得更改。4、禁止使用自動布線功能。2線路板約束規(guī)則要求：1、采用雙層板。2、元件最小間距10mil，敷銅最小間距20mi。3根據(jù)原理圖參考圖和元件手冊自行繪制原理圖庫元件封裝和PCB封裝：1、繪制U1的原理圖元件封裝。2、繪制U2的PCB封裝。4布線要求：1、信號線寬度10mil，電源線寬度大于15mil，電源線過孔的孔徑大于10mil小于20mil。2、去耦電容布置合理。3、元器件布置合理，貼片元件符合SMT生產工藝要求，元件與板邊有一定距離（大于1mm）。4、走線規(guī)范、正確，美觀。絲印及板信息：1、元器件絲印高度為1mm，線寬度為0.2mm。2、PCB板信息絲印：工位號+日期（年月日）高度2mm，線寬度0.3mm5工程文件符合規(guī)范：1、自行設計的原理圖(*.SchDoc)和PCB圖（*.PcbDoc）文件保存。2、自行設計原理圖元件封裝和PCB元件分裝，分別保存在原理圖庫(*.SchLib)和PCB庫（*.PcbLib）。3、1和2項放入同一個文件夾，文件夾命名為“2022-JC***_模塊3”。任務三：基本任務實現(xiàn)1.任務描述基于遠程云端硬件實驗平臺仿真電路搭建與編程實現(xiàn)：智能密碼鎖。2.任務說明（1）參賽選手需在遠程云端硬件實驗平臺上設計一個智能密碼鎖功能仿真電路，仿真參考電路如圖3-1所示。3-1智能密碼鎖功能仿真電路（2）電路基本組成單片機（自定義MCU）、矩陣按鍵（顯示名稱）、TFT液晶屏（顯示名稱）、LED燈（綠、黃、兩個）、語音播放模塊（顯示名稱），選手實現(xiàn)的基本功能要求如表3-1所示：表3-1基本功能要求任務內容1參考仿真電路設計圖進行電路搭建，要正確配置MCU輸入輸出IO，正確連接線路。1、添加單片機（自定義MCU）。2、添加一個矩陣按鍵，按鍵上需要覆蓋鍵值圖片（圖片附資料），并實現(xiàn)按鍵相應的功能。3、添加TFT液晶屏，使其正常顯示任務內容。4、添加兩個LED燈，分別為黃色燈、綠色燈，管腳方向向左，LED燈默認高電平啟動。6、添加一個語音播放模塊，使其正常播放聲音。7、在實驗面板上添加文字命名—“智能密碼鎖”；2編寫程序邏輯功能初始狀態(tài)（運行實驗后）1）當點擊實驗面板上的“運行實驗”后，語音播放“請設置智能密碼鎖密碼”。2）TFT液晶顯示“Setpassword:”3）綠色、黃色、LED燈點亮。密碼設置、比對狀態(tài)（點擊矩陣按鍵）1）鍵值檢測功能：獨立按鍵實現(xiàn)按鍵“數(shù)字0-9、確認、歸零”鍵值輸入，同時在TFT液晶屏上顯示“數(shù)字0-9”輸入的鍵值，同時語音播報按鍵“數(shù)字0-9、確認、歸零”的輸入鍵值。2）設置密碼功能：任意輸入一組“數(shù)字0-9”的按鍵鍵值作為密碼輸入值，然后點擊“確認”按鍵，TFT液晶屏顯示“passwordSetOK”。3）密碼比對功能：密碼設置成功后，延時2S，TFT液晶屏顯示“enterpassword”，再次輸入一組“數(shù)字0-9”的按鍵鍵值作為密碼再次輸入值，然后點擊“確認”按鍵，本次輸入密碼與上次輸入密碼進行對比，如果密碼比對一樣則TFT顯示“OK”，同時語音播報“開鎖成功”，同時黃燈亮，綠燈滅；如果密碼比對不一樣則TFT顯示“ERR”，同時語音播報“開鎖失敗”，綠燈亮，黃燈滅。4）進行完密碼比對后，不管開鎖成功還是失敗，延時2S后，系統(tǒng)再次進入密碼比對狀態(tài)，TFT液晶屏顯示“enterpassword”，黃色、綠色LED燈同時點亮。說明：以上任務均在遠程云端硬件實驗平臺上實現(xiàn)，不提供實物供選手調試。（3）程序項目及所有源代碼保存在一個獨立的文件夾內，裁判評判時調用。裁判評判時選手操作，裁判員記錄相關結果。（4）選手需要繪制電路圖，編寫能夠實現(xiàn)表3-1功能的程序，通過遠程登陸賬號，在線運行程序。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。任務四：沙盤任務實現(xiàn)1.任務描述：針對特定任務要求，通過編程和調試使AGV無線智能分揀小車在智能倉儲沙盤場地上運行并按要求完成自主搬運作業(yè)。2.任務說明：（1）比賽要求參賽隊員須根據(jù)倉儲分揀搬運任務要求，在規(guī)定時間內編寫程序并配置任務清單，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任務。本任務要求選手在5分鐘內完成，測試時超過5分鐘完成的任務以0分計入本任務總成績。（2）沙盤地圖根據(jù)應用場景，設置倉儲沙盤如圖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設置六個貨架，每個貨架為3×3結構，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（朝向外側擺放），見圖17-2，小車通過機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；循跡磁導引線寬度為30mm。沙盤任務測試時將小車擺放在沙盤的“出發(fā)區(qū)”，根據(jù)賽題任務進入“倉儲區(qū)”經過各個貨架由機械手取出物品，放置在小車的貨箱上，任務完成后行駛到“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。傳送帶的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過無線通信上傳至上位機，上位機軟件記錄運行數(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）沙盤任務圖18智能倉儲沙盤實物貨品分揀任務說明：要求小車在規(guī)定時間（5分鐘）內，分別在1，2，3-1，3-2，4-1，4-2，5，6號貨架內取回編號（編號為3位阿拉伯數(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，選手自行識別判斷后完成比賽任務。比賽根據(jù)貨物取回數(shù)量及任務完成度進行評分。選手練習時，59號貨物的二維碼與給定任務不一致，測試時由裁判現(xiàn)場設定一定數(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置的貨物二維碼與編號不一致的貨物。表3可能需要取回的貨物編號序號貨架號物品號1159227233-12544-13054-2526597616（4）測試過程各參賽隊完成編程與任務設置后，需向場地裁判示意準備就緒，按裁判指令進入測試等待區(qū)候場，為確保現(xiàn)場無線通信可靠，等候時關閉小車無線網(wǎng)絡或關閉小車電源。在裁判要求準備時，隊員打開小車電源，使小車接入無線網(wǎng)絡，確保與上位機通信正常。1）開始測試：根據(jù)裁判指令，一名隊員將小車放置于出發(fā)區(qū)，裁判確認擺放位置無誤后，發(fā)出“開始”指令，參賽隊員由上位機啟動任務，任務計時也同時開啟。2）小車通過無線網(wǎng)絡接收啟動指令開始自主行走，找到目標貨架及相應貨物，用機械臂抓取到電動貨箱內。3）貨物收集完畢后，小車需行駛至終點區(qū)，使用電動傳送機構將貨箱推送至卸貨平臺上。4）完成任務后，小車不必再移動。5）每個參賽隊可以連續(xù)測試兩輪賽項任務，每輪測試最長為5分鐘（一旦超出，參賽隊員需取回小車終止該輪任務），計時區(qū)間從“發(fā)出小車啟動指令”開始至“貨箱推送至卸貨平臺末端”為止，結束時小車需發(fā)出停止傳送帶命令，并自動停止計時時間（未成功時可手動停止，但時