2023年广西职业院校技能大赛高职组《机器视觉系统应用》赛项样题1

2023年广西职业院校技能大赛

高职组《机器视觉系统应用》赛项

样题1

（总时间：210分钟）

工

作

任

务

书

场次号：__________工位号：________

2023年广西职业院校技能大赛高职组“机器视觉系统应用”赛项

注意事项

一、本任务书共30页，包括附录七项（分别为视觉硬件及参数

列表，相机的接线定义，分辨率及焦距计算公式，光源控制的接线说

明，光源控制器通讯协议，旋转轴的安装及接线说明，相机、镜头、

光源的选型计算报告）。如出现缺页、字迹不清等问题，请及时向裁

判示意，进行任务书的更换。

二、在比赛前务必对各机器视觉组件和图形化编程软件平台熟悉。

三、本次工作任务请在机器视觉应用设备上完成，比赛前要熟悉

设备使用说明书和软件用户手册。操作过程中，须遵守安全操作规程

和职业素养要求的相关规定。

四、在完成工作任务的全过程中，严格遵守光学或电气组件的相

关操作要求，接线前一定要看清引脚定义和电压要求。

五、不得擅自更改设备已有器件位置和线路。

六、竞赛过程中，参赛选手认定竞赛设备的器件有故障，可提出

更换，更换下的器件将由裁判组进行现场测试。若器件经现场测试是

功能齐全，且没有故障的情况下，每次扣参赛队1分。若因人为操作

损坏器件，酌情扣5-10分，严重的经裁判组商议，中止选手比赛。

七、完成的机器视觉项目必须保存到本机的“C:\广西职业院校

技能大赛\KImage\Product\日期-场次号-赛位号（例：20230328-1-

1）”文件夹下。场次号、赛位号以现场抽签为准。

七、任务完成后选手请自行将视觉项目文件拷贝至U盘的“E:\

广西职业院校技能大赛\视觉项目\日期-场次号-赛位号（例：

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20230328-1-1）”文件夹下。

请将生成的数据文件保存至U盘的“E:\广西职业院校技能大赛

\日期-场次-赛位号\检测数据.csv”。

请将相机配置标定的截图保存至U盘的“E:\广西职业院校技能

大赛\日期-场次-赛位号\配置标定.docx”。

以上文件详细要求请参照竞赛任务描述。

八、考试过程中不允许自带U盘或其他可储存设备，赛场统一配

备U盘。

九、参赛选手需及时保存相关程序及数据，竞赛过程中因设备死

机和意外情况需要重启而造成未保存数据丢失的，由选手自行承担。

大赛补时只补从关电到操作系统重启完成时间（不包括应用软件）。

参赛选手在程序复杂的情况下每完成部分编程需要记得先保存配置。

十、参赛选手在完成工作任务的过程中，不得在任何地方标注学

校名称、选手姓名等信息，违反规定者取消比赛成绩。

十一、比赛结束后，参赛选手需要将任务书以及现场发放的图纸、

资料、草稿纸、U盘等材料一并上交，不得带离赛场。

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竞赛工作任务说明书

一、平台硬件、软件组成说明

竞赛任务平台的硬、软件说明详见平台技术说明书及视觉软件使

用手册。完成竞赛工作任务书所需的全部硬件，都包含在工作台所提

供设备内，选手要使用的全部器件，只能在本工作台提供的设备内选

择。

（一）、工控机

设备中包含一台工控机，比赛所需的软件和驱动均已经提前预装。

（二）、视觉硬件

1、相机

可选择相机共四个，编号分别为相机A，相机B，相机C，3D相

机，具体参数见附录一。依据检测区域的实际大小、测量精度要求

（在竞赛任务描述中给出）选择好相机。

2、镜头

可选择镜头共四个，分别为：定焦12mm镜头，定焦25mm镜头,

定焦35mm镜头，放大倍率为0.3倍的远心镜头，具体参数见附录一。

依据被测物尺寸、相机安装位置，在满足工作距离，视野范围，分辨

率的要求下选择镜头。

3、光源

可选择光源共五个，编号分别为：小号环形光源、中号环形光源、

大号环形光源、同轴光源、背光光源。注意，三个环形可以组合成AOI

光源。具体参数见附录一。依据任务书的需要，在安装方式和安装

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空间位置允许的情况下，可根据实际需要，选择多个光源同时组合使

用。

4、标定板

依据相机视野范围选择合适尺寸的标定板，具体参数见附录一；

依据检测需求选择标定方式，选择标定板；为满足检测要求，可以选

择多种标定方式和标定板组合使用，完成系统的标定要求。

（三）、线缆

相机线缆：2D相机USB数据线一根、3D相机数据线一根、GigE

电源线（含触发和输出信号）一根、千兆网相机通讯线一根（带锁）、

网络通讯线一根（3米扁线）、光源延长线一根；（注意：RS232通

讯线默认已经与PC连接）。

（四）、运动控制硬件

PLC：控制运动平台运动，控制光源亮灭；

运动平台：X轴、Y轴、Z轴、θ轴。（注意：旋转轴θ是扩展

轴，放置在机器视觉工具箱中，需要选手按附录六：旋转轴的安装及

接线说明完成平台的搭建）。

（五）、气动硬件

提供三种吸嘴，规格为：SP-06、SP-08、SP-10，根据实验需求正

确选择吸嘴。

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二、软件功能及编程说明

参赛选手将使用图形化编程软件，需根据检测要求，需提前完成

软件流程设计。

图形化编程首先需要根据需求完成工具的选择，基本的流程如下

图所示，为了使配置的流程相对简洁采用了子模块、工具组模块多模

块组合的配置方法，具体流程配置方法详见《视觉软件使用手册》（说

明：本流程示意图图1仅说明视觉软件的流程设计编程方式，与本任

务书描述的具体任务无直接关系）。

图1程序流程示意图

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主要的工具列表：

类型工具

系统类服务器客户端通讯工具、串口工具、PLC读写工具、机器人控

制工具、信号源工具

图像源类图像源工具、相机工具、保存图片工具

定位类仿射变换工具、斑点分析工具、找圆工具、找线工具、边缘点

查找工具、形状匹配工具、灰度匹配工具；

测量类圆卡尺工具、夹角工具、边缘卡尺工具、线交点工具、线间距

工具、点间距工具、矩形卡尺工具、点线距离工具、坐标转换

工具、标定工具；

图像处理图像转换工具、通道分离工具、颜色提取工具、图像剪切工

类具、图像处理工具、阈值化工具、轮廓提取工具；

识别类二维码工具、字符识别工具、条码检测工具、缺陷检测工具；

对位类位移计算工具、坐标计算工具、对位平台工具；

数据处理累加工具、分类工具、保存表格工具、格式转换工具、列表工

类具、逻辑运算工具、字符串截取工具、用户变量工具；

三、标定说明及运动位置校准

图2两类图像标定板

选择合适的标定工具，利用图像标定板使用多点标定方式，对

相机进行标定，把图像坐标转成设备坐标系统，并得出像素当量；

选择合适的手眼标定工具，统一设备坐标系统与相机坐标系统。

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四、样品说明

提供：3D零件4个：2个高度分别为9mm、18mm的正方形与2

个高度分别为9mm、18mm的三角形；PCBA共2个，大小为55mmx

35mm；

小圆块4个：2个绿色，2个红色；直径：10mm，高度为：

4.5mm±0.2mm;料盘规格：白色亚克力，大小：202mmx121mm，

高度为6mm，下沉深度：3mm。

PCBA初始位置由裁判随机放置在检测区。

检测区放置规则：PCBA需放置料盘固定位置上（如图3），小

圆块与3D零件的放置不能重叠，不超出检测区域范围，确保每个物

料之间有2mm以上的距离。

图3料盘布局图

五、模块化编程要求

程序可读性强。所有的模块、工具组都需要根据它的作用重命

名，离线标定模块要求放在最外层，标定模块里面可以包含多个标

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定工具组。

六、竞赛任务工作要求

（一）、各个拍照位的硬件选型要求

1、3D零件的分拣必须使用3D相机，要求测量零件的高度和定

位零件的位置信息，3D相机工作距离要求满足350mm以上；

2、2D相机视野要求：50mmx30mm（视野范围允许一定正向偏

差，最大不得超过5mm），工作距离要求：110mm（视野范围允许一

定正向偏差，最大不得超过10mm）。

（二）、显示的要求

1、测量期间报警灯的显示要求：

1）XY平台从原点开始运动，运动到3D相机拍照位，测量定位

分拣；

2）运动到第一个PCBA的测量拍照位，缺陷检测判断合格报警

灯亮绿灯，缺陷检测不合格亮红灯，期间报警灯颜色不变直到下一

个PCBA测量；

3）运动到第二个PCBA的测量拍照位，缺陷检测判断合格报警

灯亮绿灯，缺陷检测不合格亮红灯，期间报警灯颜色不变直到下一

个PCBA测量；

4）最后回到原点，熄灭报警灯。

2、界面分2个窗口显示：

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第一个窗口显示第一个PCBA测量的图像，要求显示显示焊锡缺

陷轮廓、字符是否完整及元件是否焊反、针脚间距平均值、针脚角

度平均值，检测结果判断合格显示OK，检测结果判断不合格显示

NG。界面参考显示图见后面图4；

第二个窗口显示第二个PCBA测量的图像，要求显示显示焊锡缺

陷轮廓、字符是否完整及元件是否焊反、针脚间距平均值、针脚角

度平均值，检测结果判断合格显示OK，检测结果判断不合格显示

NG，图4为界面参考显示图；

图4界面显示图

（三）、硬件选型安装接线

完成相机、镜头、光源的选型，并将相机、镜头、光源、治具

等在合理位置安装，保证安装稳固，镜头与相机连接螺纹须拧紧；

镜头调试好之后，用顶丝锁紧对焦环及光圈环；记录硬件的安装参

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数等结果。

完成相机、光源、旋转轴、通讯网络等电路接线，完成气路的

连接，走线正确、规范、牢固；物理接口选择正确。

（四）、视觉软件的PLC控制工具运行测试

控制X,Y轴移动料盘，设置各个拍照位；

输出I/O电信号正常。

（五）、光源控制工具运行测试

光源与其控制器正常，能控制所有光源亮灭，且能设置各光源

亮度值；

（六）、相机工具运行测试

测试相机，保证相机正常工作；

确定各个拍照位的图像对焦清楚，视野大小合适；

协同光源控制器的光源调节功能，设置合适的相机参数。

（七）、相机标定工具运行测试

放置标定板，在图像中观察标定板大小位置是否合理，确定合

理后，设置标定参数，完成相机标定；保存标定数据结果到配置文

件；正确移动及摆放标定板，完成手眼标定过程，保存标定数据到

配置文件。

（八）、颜色检测工具运行测试

设置颜色检测工具参数，区分不同颜色的小圆块。

（九）、模板匹配工具运行测试

设置合适的参数创建模板并保存模板；

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设置合适的参数查找模板。

（十）、测量类工具运行测试

设置找线工具参数并正确找到直线；

设置线交点工具参数并正确计算两点距离；

设置距离工具参数并正确计算两点距离。

（十一）、数据分析工具运行测试

设置数据分析工具参数，并生成数据分析结果。

（十二）、数据处理类运行测试

设置数据保存表格工具参数，设置文件名、保存路径；添加需

要保存的数据，生成“测量数据”报表；

（十三）、界面布局及数据显示

设置好窗口个数，按要求显示图像；

根据要求把结果、数据显示到各窗口上；

（十四）、工作流程要求

1、编写视觉程序流程前主要准备工作

相机镜头安装调试完成，相机可以正常采集到图像，工作距离

符合要求，相机视野合适；图像清晰，曝光设置合理；

光源安装调试完成，光源开关，亮度调好；

X,Y,Z各轴可正常控制，速度合理，示教好各点位；

相机标定，手眼标定完成。

2、PCBA平面尺寸测量的主要流程

1）运动到第一个PCBA的拍照位，测量相关数据，判断PCBA是

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否合格；

2）运动到第二个PCBA的拍照位，测量相关数据，判断PCBA是

否合格；

3、零件分拣主要流程

1）在原点位置，测试前随机将2个PCBA放入白色料盘（治

具）内，4个小圆块贴有数字“1”这一面朝上，随机放入小圆块的

治具内，4个3D零件随机放入指定凹槽内；

2）开始运动到小圆块分拣的拍照位，定位测量出4个小圆块的

颜色、角度和位置，并按要求进行分拣。

3）开始运动到3D相机的拍照位，定位测量出4个3D零件的

形状、高度、角度和位置，并按要求进行分拣。

4、数据保存与界面显示

根据要求保存数据，根据要求进行界面显示。

5、回原点

运动平台回到原点位置。

6、数据备份

根据要求将数据保存至C盘与U盘相应位置。

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七、根据上述要求完成以下考核任务

工作任务1—选型计算报告

根据竞赛任务提供的视野大小要求、工作距离要求、被测物的

检测要求，从设备提供的一组机器视觉相机、镜头和光源中选择型

号，完成相机、镜头、光源的选型计算报告（附录7）。

工作任务2—硬件及线路安装

完成选型并在合理的位置完成安装和接线。设备上电前需完成

电气检测并向裁判请求上电，设备上电后不带电进行设备电路调整

（进行电路调整时需按下设备急停使设备断电）。

设备电气接线要求：相机、光源接线要使用绑扎整齐合理，要

求扎带间距60mm±5mm，间隔均匀，剪切后扎带长度≤1mm，接线端

子压接要求稳固不松动，相机电源线、千兆网线、光源延长线走拖

链。

相机、镜头、光源、治具等在合理位置安装，保证安装稳固，

3D相机要求在轴外安装，镜头与相机连接螺纹须拧紧；镜头调试好

之后，用顶丝锁紧对焦环及光圈环。

工作任务3—项目配置及标定

根据待检测样品的尺寸和初始状态的区域要求完成视野调焦和

镜头对焦（对焦方式可以选择调节镜头的对焦环，也可以控制Z轴

完成整体工作距离的调节）。

在开始配置流程前，创建配置文件名称保存到本机的“C:\广西

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职业院校技能大赛\KImage\Product\日期-场次号-赛位号（例：

20230328-1-1）”文件夹下。

通过标定板，完成3D手眼标定、2D手眼标定、图像坐标与世

界坐标的标定，完成图像坐标与运动坐标的统一，并保存在配置文

件中（注意：前期如果规划视野没有考虑标定板的尺寸，可能前期

的视野设置不合理需要重新调整视野大小）。

相机配置标定完成后，请将相机配置标定的截图保存至U盘的

“E:\广西职业院校技能大赛\日期-场次-赛位号\配置标

定.docx”。

项目配置标定截图（不限截图数量）包括以下内容：

（1）项目配置名称；

（2）2D、3D标定模块名称；

（3）3D手眼标定模块的输出；

（4）2D手眼标定像素当量；

（5）XY标定像素当量；

工作任务4—PCBA缺陷检测

完成PLC控制运动平台运动测试，将任务书实验要求用程序实

现，通过图像化编程软件完成流程配置并对每个工具合理化设置参

数。

本次配置的程序必须包含模板定位及建立坐标仿射跟随功能。

检测任务包括以下项目：

1）圆形针脚焊锡检测：要求显示焊锡缺陷轮廓，位置如图5中

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黄框区域所示；有焊接缺陷的检测结果为NG。

2）矩形针脚焊锡检测：要求显示焊锡缺陷轮廓，位置如图5中

红框区域所示；有焊接缺陷的检测结果为NG。

3）字符检测：如图5蓝框区域内的字符是否完整及元件是否焊

反；字符不完整或元件焊反的检测结果为NG；

4）针脚测量：如图5红色虚线框区域所示，测量每两个针脚距

离算平均值，右侧还需测每个针脚角度判断是否有歪斜；针脚距离

超过2mm的或者针脚角度有歪斜的（超过2度）检测结果为NG；

5）灯泡检测：如图5绿色框区域内所示，进行颜色的识别，要

求灯泡的颜色必须包含红绿蓝三种颜色，否则检测结果为NG。

图5PCBA检测任务示意

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AOI缺陷种类例图如下图所示：

图6缺陷例图

工作任务5—小圆块组装

注：为了防止发生碰撞，当吸盘距离物料1cm时，请将运动轴

的速度调整至20。

4个小圆块样品分2个绿色和2个红色，小圆块的上表面均贴

有数字“1”，用于确定小圆块的角度。

PCBA缺陷检测完成后，测量结果OK的PCBA旁边的大圆孔组

装上绿色小圆块，测量结果NG的PCBA旁边的大圆孔组装上红色小

圆块；要求小圆块居中组装在大圆孔内，小圆块上表面的“1”统一

朝向，如图7所示。

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任务要求通过吸嘴将小圆块组装在PCBA旁边的大圆孔内。

图7小圆块组装朝向

工作任务6—3D零件分拣任务

注：为了防止发生碰撞，当吸盘距离物料2cm时，请将运动轴

的速度调整至20。

要求使用3D相机测量3D零件的形状、高度、角度，定位各个

3D零件的位置，引导吸嘴自动分拣4个3D零件。

1、完成3D手眼标定；

2.将4个3D零件随机放入分拣区域（红色虚线框）内

3、要求使用3D相机测量3D零件的形状、高度、角度，定位

各个3D零件的位置，引导吸嘴自动分拣4个3D零件，分拣的要

求是高度18mm的正方形放在左上角，9mm的三角形放在右上角，

18mm的三角形放在右下角，9mm的正方形放在左下角。

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图83D分拣区域示意

工作任务7—数据保存

请按照任务要求完成数据分析生成数据报表。

1）生成圆形针脚焊锡与矩形针脚焊锡缺陷数量、缺陷坐标的数

据；

2）生成芯片是否焊反、芯片字符是否完整的数据；

3）生成针脚间距平均值、针脚角度平均值的数据；

数据报表格式格式如图9所示（报表数据仅供参考）

图9

请把要求保存的数据按要求保要求文件保存路径：“C:\广西职

业院校技能大赛\日期-场次-赛位号\检测数据.csv”。

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任务完成后选手请自行将视觉项目文件拷贝至U盘的“E:\广西

职业院校技能大赛\视觉项目\日期-场次号-赛位号（例：20230328-

1-1）”文件夹下。

请将生成的数据文件保存至U盘的“E:\广西职业院校技能大赛

\日期-场次-赛位号\检测数据.csv”。

请将项目配置标定的截图（保存至U盘的“E:\广西职业院校技

能大赛\日期-场次-赛位号\配置标定.docx”。

项目配置标定截图包括以下内容，如图9、10、11所示，不限

截图数量（截图数据仅供参考）：

（1）项目配置名称；

（2）2D、3D标定模块名称；

（3）3D手眼标定模块的输出；

（4）2D手眼标定像素当量；

（5）XY标定像素当量；

注：保存在U盘当中的数据将作为评分判定的依据。

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图10

图11

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图12

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附录一、视觉硬件及参数列表

工业相机

类别编号分辨率帧率FPS曝光模式颜色芯片大小像元尺寸接口

2D相机相机A1280x960>90全局黑白1/2”4.0μmUSB3.0

2D相机相机B2448x2048>20全局黑白2/3”3.45μmGigE

2D相机相机C2592x1944>10滚动彩色1/2.5”2.2μmGigE

3D相机3D相机1920x1080x2>10滚动彩色2/3”1.4μmUSB3.0

工业镜头

类别编号支持分辨率（优于）焦距/倍率最大光圈工作距离支持芯片大小

工业镜头12mm镜头500万像素12mmF2.0>100mm1/1.8”

工业镜头25mm镜头500万像素25mmF2.0>200mm2/3”

工业镜头35mm镜头500万像素35mmF2.0>200mm2/3”

远心镜头远心镜头500万像素0.3XF5.4110m2/3”

镜头接圈0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm、20mm、40mm一组

LED光源

类别编号主要参数颜色备注

环形光源小号环形光源直射环形，发光面外径80，内径40mmRGB三者可以合并成

环形光源中号环形光源45度环形，发光面外径120，内径80mmGAOI光源

环形光源大号环形光源低角度环形，发光面外径160，内径120mmB

同轴光源同轴光源发光面积60x60mmRGB

背光源背光源发光面积169x145mmW

注：R=红色、G=绿色、B=蓝色、W=白色

标定板

类别外框尺寸mm圆/格间距mm外圆环直径mm内圆环直径mm精度mm

标定板A100x1002053±0.01

（透明漫射）50x50102.51.5±0.01

20x20410.6±0.01

类别外框尺寸mm方格边长mm方格数量精度mm

标定板B180x1201511x7±0.01

（透明漫射）

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附录二、相机的接线定义

一、USB3.0相机（注意USB3.0通过USB线供电，不要另外插电源，否则会烧

相机）

二、GigE相机

附录三、分辨率及焦距计算公式

简单视觉系统的计算，主要包括视场（FOV）、分辨率（Resolution）、工

作距离（WD）和景深（DOF）等。

分辨率我们通常指的是像素分辨率，（默认选用的镜头分辨率高于相机的

分辨率）。因此分辨率就等于视野FOV/相机的像素数。

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附录四、光源控制的接线说明

硬件触发：用户可以通过PLC、相机的输出外部触发信号来控制每一路输

出的开关。需要外部触发功能时需将外部触发信号线连接到“REMO”端子上。

触发信号高电平时打开，低电平时关闭。

软件触发：用户也可用软件实现触发功能，即使用串口对各输出通道进行

控制，使各输出通道按照预先的设置打开或关闭其输出

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附录五、光源控制器通讯协议

硬件规范

波特率：9600bps

每帧字节数：8字节

每帧数据格式

1字节1字节1字节3字节2字节

特征字指令字通道字数据异或和校验字

注:所有通讯字节都采用ASCII码

特征字＝$

指令字＝1，2，3，4，分别定义为：

1：打开对应通道电源

2：关闭对应通道电源

3：设置对应通道电源参数

4：读出对应通道电源参数

当指令字为1，2，3时，如控制器接收指令成功，则返回特征字$；如控

制器接收指令失败，则返回&。

当指令字为4时，如控制器接收指令成功，则返回对应通道的电源设置参

数（返回格式跟发送格式相同）；如控制器接收指令失败，则返回&。

通道字＝1，2，3，4。分别代表4个通道。

数据＝0XX（XX为00～FF内的任一数值），对应通道电源的设置参

数，高位在前，低位在后。

异或和校验字＝除校验字外的字节（包括：特征字，指令字，通道字和

数据）的异或校验和，校验和的高4位ASCII码在前，低4位ASCII

码在后。

例：将第2通道亮度设为56，则以ASCII码向下写“$320381E”

异或校验字运算过程如下：

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字符串ASCIIASCII码以十将高4位和低4位分别

码六进制表示以8421码表示

特征字$362400100100

指令字3513300110011

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

85623800111000

异或和00011110

异或校验字1E

注：打开对应通道电源、关闭对应通道电源和读出对应通道电源参数3个

功能的异或校验字的运算过程中，数据的3个字节的值对异或结果无影响，保

证格式为0XX（XX=00～FF内的任一数值）即可。

以下为几组指令数据：

关闭2通道：$220381F

字符串ASCIIASCII码以十将高半字节和低半字

码六进制表示节分别以8421码表示

特征字$362400100100

指令字2503200110010

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

8563800111000

异或和00011111

异或校验字1f

打开2通道：$120381C

字符ASCII字符串ASCII

串

特征字$362400100100

指令字1493100110001

通道字2503200110010

数据0483000110000

3513300110011

8563800111000

异或和00011100

异或校验字1C