测控类题目的制作

测控类题目的制作徐寅林一.有测控类题的历届竞赛第三届（1997年）：水温控制系统(全国竞赛C题

)第五届（2001年）:自动往返电动小汽车(全国竞赛C题

)

第六届（2003年）:1.简易智能电动车(全国竞赛E题

)

2.液体点滴速度监控装置(全国竞赛F题

)

第七届（2005年）：悬挂运动控制系统(全国竞赛E题

)

第八届（2007年）：电动车跷跷板(全国竞赛F题

)

第九届（2009年）：声音引导系统(全国竞赛B题

)

第九届（2009年）：模拟路灯控制系统

(全国竞赛I题，高职高专组)。第十届（2011年）：智能小车超车

(全国竞赛B题)。第十届（2011年）：智能小车超车

(全国竞赛C题)。第十届（2011年）：帆板控制系统（F题，高职高专组）

综合运用光、机、电技术省竞赛2008年ALTERA杯CPLD设计竞赛电梯控制系统，太阳能热水控制系统，花房控制系统……。2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛试题

点光源跟踪系统（B题）控制类赛题需要准备的东西控制系统部分（MCU及接口电路）电机驱动部分（功率器件）传感器检测部分（接口电路、信号调理电路）主攻“控制类”赛题方向的同学需要了解和掌握：（1）系统控制方案和算法设计

（2）微控制器电路模块制作和编程：如：MCS51系列、MSP430系列、PIC系列等等。

（3）微控制器外围电路模块制作和编程：如键盘及显示器模块、RS-485总线通信模块、CAN总线通信模块、无线收发器电路模块、ADC模块、DAC模块等等。

（4）传感器电路模块制作和编程：如光电传感器模块、超声波发射与接收模块、温湿度传感器模块、倾角传感器模块、角度传感器模块、音频信号检测模块等等。

（5）电机控制电路模块制作和编程：如直流电机驱动模块（L298N）、步进电机驱动模块（L297+L298N，TA8435H）、舵机控制模块、光电隔离模块等等。

（6）放大器电路模块制作：小信号放大器电路模块、滤波器电路模块、音频放大器

（7）电源电路模块制作

（8）电动小车制作二、常用测控元件、电路（传感器模块）检测对象：1.障碍物的检测2.循迹的黑线检测、轨道边沿3.运动距离4.小车速度的检测5.图像检测（光点）红外光电开关红外对管（开关）常见有透射型、反射型透射型：测转速、位移

反射型：测障碍物、黑线、边缘检测高抗干扰红外检测电路远距离红外检测2.光电盘用途：测量角位移、转速（可间接测量小车直线位移、速度）一般利用透射型光电管检测小车实例照片

3.霍尔开关用途：测电机转速等

4.光敏电阻、光电池光敏电阻在无光照时，其暗阻值一般大于1500kΩ

，在有光照时，其亮阻值为几千欧，两者相差较大。光电池一般在较强光线照射下：450～600mV光敏电阻硅光电池光敏电阻信号放大电路光电池信号放大电路用途：检测可见光。小车自动寻找光源、自动开关窗帘等5.金属接近开关用途：避障碍，循迹6.干簧管用途：测转速、检测磁场、水位高低检测电磁开关7.水银开关用途：水平报警系统:当水银开关处于水平状态时利用水银将两触点接通,倾斜到一定程度时将设备停止同时产生报警.正置报警系统:安装在一设备上,当设备是垂直状态时,两触点是断开的,当设备倾后水银将其触点接通.8.加速度及倾角的传感器用途：测量加速度、倾角平衡摆-摆放硬币如何检测摆角？X轴Y轴βα图3斜坡芯片yxSCA100T双轴倾角检测芯片数字SPI或模拟输出一般采用光敏电阻、光电池等作为寻找可见光源传感元件三、小车循迹策略1.亮光源的寻找（灭火、自动回库等）小车顶视图灭火小车视频光点位置检测：接收管+聚焦大透镜

2.黑线的循迹右手法则：遇有交叉时，以右边为优先的前进方向，然后是直线方向、左边方向。左手法则：遇有交叉时，以左边为优先的前进方向，然后是直线方向、右边方向。3.迷宫算法四、电机的控制1.电机的选择--直流减速电机、步进电机

直流电机几千转/分经过齿轮变速后转速为几十转/分1.容易控制；2.输出力矩大，驱动能力强特点：转速高，控制较难，需要和角度测量传感器（例如光电编码盘）配合构成闭环使用。步进电机特点：转速低，控制容易（数字控制），不需要和角度测量传感器配合；开环使用。演示步进电机动画步进电机通电次序（四相为例）四相单四拍：A-B-C-D-A-B-C-D-……四相双四拍：AB-BC-CD-DA-AB-…….四相八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB-B-BC-……舵机角度控制2.直流减速电机的驱动电路PWM调速8050驱动（小于1A）缺点：不可调节旋转方向8050电机与被驱动部件的弹性连接联轴器单电源H型直流电机控制电路小功率，可调正反转也可调速达林顿管作为末级输出，驱动能力强TIP142做信号控制,资料:最大电流可达10A,实际电流2A采用专用集成电路的H型驱动电路广泛使用的，带速度控制的专用集成电路的H型驱动电路（输出电流2A，最大电流可达4A）3.步进电机的驱动电路7路输出阵列达林顿管集成电路ULN2003,每路输出（开路）电流达1A.采用专用集成电路L298N4.步进电机环形分配：硬件环形分配集成电路：三相步进电机CH250B四相步进电机CH224、L297软件环形分配器：单片机利用口线输出作为ABCD控制引脚，可以实现软件环形分配驱动步进电机，P1端口输出电平在各步中的情况如下表所示：步序P1.3(D)P1.2(C)P1.1(B)P1.0(A)P1口输出值011000CH1011006H2001103H3100109H#include"reg52.h"unsignedcharcodestep_tab1[4]={0xc,0x6,0x3,0x9};//4相双4拍软件分配表/*-----------------约延时100us--------------------*/delay(unsignedchardy){unsignedcharii;while(--dy)for(ii=0;ii<24;ii++);}//----------------------主程序------------------------------main(){bitdirection;//步进电机旋转方向标志

unsignedchari;charstep_index;//步进电机步序

direction=0;//观察正转情况

while(1)//大循环

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

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

P1=step_tab1[step_index];

for(i=0;i<10;i++)//调用10次，走一步0.1秒延时

delay(100);//10毫秒延时

}}5.直流电机驱动的小车速度、位移控制算法---时间分割法设采样周期为0.1S，线长分割为：位置检测采用定时采样，控制输出也采用定时控制，在每个采样周期，计算机比较指令值与反馈值偏差，然后控制伺服电机运转。1.任意采样时刻的指令增量值，反馈增量值之差为偏差：2.若把前一时刻遗留的偏差计算在内：3.输出驱动为：五、PID控制原理在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。实际中也有PI和PD控制。在连续控制系统中采用的PID控制规律为式中:P(t)—控制量,即输出的PWM占空比系数；e(t)—系统的控制偏差，等于测量值与给定值之差；—积分时间常数；—微分时间常数。—比例增益；计算机系统是采样控制系统，只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，数字PID是模拟连续系统PID控制规律的数字实现。式中：

=T—采样周期，T越小，系统的精度越高；E(K)—第K次采样时的偏差值；K—采样序号，K=0，1，2……；P(K)—第K次采样时调节器的输出。Bang－Bang控制在空调温度控制中，对温度的要求不是一个定值，而是一个范围。执行机只有两种状态：on，运转；off，不运转。对于这种执行机，采用典型的数字控制算法为Bang－Bang控制算法。这样需要两个温度设置点：THIGH和TLOW。假如温度高于THIGH，则控制器封闭电源（继电器开释），假如温度低于TLOW，则控制器打开电源（继电器吸合）。THIGH与TLOW之差称为滞后。使用滞后延长了继电器的使用寿命，由于它减少了继电器开关次数。典型系统设计采用单片机作为中心控制器，，用达林顿管TIP122驱动步进电机，用数码管显示当前坐标。非接触反射式可见光光电传感器作为探测器用于寻迹功能。

单片机系统电机驱动电机驱动左电机右电机矩阵键盘光耦1光耦2数码管显示光电传感器部分往年省赛控制类题2008年广西省省赛试题简易自动仓储搬运智能小车（E题）设计制作一个简易智能小车，将四个带有三角形（▲）、圆形（●）、四方形（■）和十字形（╋）标志的立方体分别运送到指定的位置。立方体尺寸为

（8cm×8cm×8cm），随机放置在四个初始位置上，仓储场地示意图如图所示。1.基本要求

（1）采用图形识别方法识别四个立方体；

（2）将带有三角形的立方体目标送到1号位置；

（3）将带有圆形的立方体目标送到2号位置；

（4）将带有四方形的立方体目标送到3号位置；

（5）将带有十字形的立方体目标送到4号位置。2.发挥部分

（1）能显示走过的路径长度、时间和路径示意图；

（2）以最快速度完成上述功能；

（3）以最高精度将立方体摆到目标位置；

（4）具有最优路径选择能力。2008年广西省省赛试题简单汉字自动书写笔（F题）一、任务

用一支笔自动在一张A4白纸上写上“电子”两个汉字。1．基本要求

（1）笔可以抬起和放下；

（2）在一张A4白纸的中间位置写“电子”两个汉字；

（3）汉字字体大小要求大于二号字体；

（4）字体工整、匀称、美观，大小和笔划粗细协调，纸面整洁。2．发挥部分

（1）可以改变写的字、字体、字的大小和写的个数；

（2）可以以指定的大小写指定的汉字；

（3）具有换页功能，存放两张以上的A4白纸，将写完汉字“电子”后的A4纸移动到其它位置；

（4）换页之后，在另一张A4白纸的中间位置上写上“技术”两个汉字；

（5）其它特色和创新。

2008年黑龙江省省赛试题运水机器人基本要求开始比赛时小车放置在A区黑色起车线的左侧，车轮不得压线。A区给水方式采用手动，注水完毕，启动小车，开始计时。将水由小车运到C容器，停在右边线左侧，停车后车轮不得压线。小车自动将所载的水卸到C容器（方式自定）。卸水后，小车自动返回A区停在起车线的左侧，车轮不得压线。重复过程（2）、（3）。第二次卸水结束时，被测队队员叫停，测试人员按表终止计时。由测试人员记量C容器中的水量，计算单位时间的运水量。2008年黑龙江省省赛试题基于自动寻迹的智能公交车系统（C题）基本要求（1）电子公交站具有数据输入和显示功能，能在电子公交站上输入站台号以及本站与起始站间的距离。（2）公交车从起始站点A出发，沿着黑色引导线，经站点前下车提示、停靠动作后，自动驶到终点站C，行驶过程中不允许驶出公交车道，要求在1分钟内完成全程行驶；（3）公交车行驶到离站点100cm±10cm处时（以公交站台标识线为基准），应提前发出下车提示声5s；（4）公交车驶入站台停靠时，其车身中心标识线与站台停靠标识线间误差应不超过10cm，站台停靠时间为5s；设计并制作一套用电池供电的智能公交车系统，包括一台能沿着黑色引导线自主行驶的公交车和两个电子公交站，公交车行驶线路如下图所示。2006年吉林省大学生电子设计竞赛试题盛水容器，分别为A容器和B容器，A容器盛有足量的水，B容器为空，底部中心挖一个出水圆孔。从A容器转移水到B容器，使