2023年河北省职业院校学生技能大赛-智能硬件装调与应用赛项样题

队员须知：任务书共18页，如出现任务书缺页、字迹不清等问题，请及时向裁判申请更换任务书。竞赛过程自备编程计算机和焊接等工具。参赛团队应在6小时内完成任务书规定内容；没有运行记录或程序文件均不予给分。队员提交的试卷不得出现学校、姓名等与身份有关的信息，否则成绩无效。由于错误接线、操作不当等原因引起机器人控制器、传感器、执行部件的损坏以及发生机械碰撞等情况，将视严重程度进行扣分处理。每一个任务具体测试要求根据评判要求现场给定或者任务书给定。在完成任务过程中，请及时保存程序及数据。赛位号：日期：

本赛题包括功能电路板装调，功能电路PCB图设计、基本任务实现、沙盘任务实现四项竞赛任务。参赛队员需在规定时间（6小时）内完成上述竞赛任务，根据要求提交相关文档，配合裁判完成竞赛任务评测。竞赛设备描述赛项竞赛设备平台包括：JC-Robot-AGV型无线智能分拣小车、JC-LOG-SWM智能仓储沙盘两个部分。图1竞赛技术平台组成（说明：左——智能分拣小车，右——智能仓储沙盘）图2JC-Robo-AGV无线智能分拣小车组装图1.JC-Robot-AGV无线智能分拣小车无线智能分拣小车包括以下组件：eq\o\ac(○,1)基础结构：支撑垫、机器人底盘、三轴机械臂、麦克纳姆轮、货物存放托盘、皮带传送机构eq\o\ac(○,2)传感组件：磁导航传感器，二维码识别模块eq\o\ac(○,3)控制组件：STC口袋机控制模块eq\o\ac(○,4)显示组件：OLED显示模块eq\o\ac(○,5)驱动组件：电机驱动板、直流电机（带编码器）eq\o\ac(○,6)通信组件：2.4GHz串口WiFi通信模块eq\o\ac(○,7)驱动电源：12V8000mAh锂离子电池组，12V锂离子充电器2.JC-LOG-SWM智能仓储沙盘智能仓储沙盘组成部分包括：沙盘台面、仓储货架、磁导引带、货物传送装置等（图3）。沙盘由WiFi无线局域网覆盖，AGV无线智能分拣小车、货物传送装置均通过WiFi模块接入该局域网，采用MQTT通信协议进行实时数据交互，参赛队员通过上位机智能仓储软件进行管理。进入赛场时，裁判会提供WiFi无线网的SSID与登录密码。图3JC-LOG-SWM智能仓储沙盘3.智能硬件虚拟开发验证平台通过GoogleChrome浏览器访问远程云平台，输入用户名、密码、选择学生角色点击登录。图4平台用户登录界面鼠标悬停在网页右上角，确认硬件设备连接情况。鼠标单击左侧实验面板。在右侧器件面板展开逻辑器件菜单，这里以自定义逻辑器件为例，鼠标选择自定义管脚MCU。将自定义管脚MCU拖拽到页面中心实验图纸上。出现如下图对话框。添加输入输出管脚，根据设计需要3个输出管脚，1个输入脚。故在输出管脚配置一栏添加3个单bit管脚，连接管脚编号依次顺延即可。同样的步骤添加1个输入管脚。此处需注意，如下图添加输出管脚一栏显示的“连接管脚”号就是我们在MCU工程分配管脚的依据。确定了“连接管脚”号在按照页面下载的文档《二代远程管脚对应关系_V1-MCU-Beta.xlsx》根据表格中编号确认远程编号对应的实际STC15管脚名称。添加管脚之后点击“完成设置”。图纸中央会出现如下图所示的自定义管脚的逻辑器件。接下来在图纸中添加实物器件菜单中LED

灯3

个，按键1

个。如下图所示。如下图所示，鼠标单击器件引出的管脚一次即可引出一根导线，再单击另一个器件的管脚即可实现导线连接。在开始使用之前，点击导出实验模型，把模型存储到本地备份。至此一个拥有按键输入和LED输出的远程工程就创建完成。下次登陆远程想重复本次实验时使用导入实验按钮导入之前导出的文件即可。然后点击单片机烧写按钮，选择您自己的keil工程生成的hex文件，稍等片刻即可烧写完成。烧写完成后，点击运行实验按钮，即可观察到实验现象。任务一：功能电路装调1.任务描述现场发放功能电路板焊接套件（含PCB板与元器件）和技术资料（电路原理图、物料清单），参赛选手对所发套件进行检查，有缺漏或坏器件，开赛后30分钟内提出，未在规定时间内提出视为齐全，超过规定时间提出申请补领，根据竞赛规定扣分。参赛队员利用自带或赛场提供的工具、仪器，按照电路原理图完成功能电路板装配及调试。2.比赛要求参赛队员须按照典型电子产品装配工艺要求进行功能电路装配。装配完成后，上电前要测试装配的电路是否存在短路现象，若存在短路，请自行检查排除。确认电路板可以正常工作后，完成下列任务并观察相关现象，提交功能电路板提交确认单，裁判依据确认单进行确认。现象：1.上电后，当D3灯珠发红色光。2.当SW1拨至正端，LED10灯亮；当SW1拨至反端，LED8灯亮。3.光敏电阻R30遮光，LED9灯亮。4.驻极体检测到声音，D3灯珠发绿色光。4.当火焰传感器检测到有火焰时，D3灯珠发蓝色光。5.当气体传感器检测到有燃气时，LED7灯亮。6.触摸U2时，LED1灯亮，一段时间后，灯自动熄灭。3.比赛内容（1）元器件检测参赛队员须参照阅读物料清单进行元器件的辨识、清点和检测。元器件种类包括：待焊电路板、驱动芯片等。（2）功能电路装调及提交参赛队员须依据电路原理图、位号图（印制板顶层和底层丝印图）及物料清单，按照典型电子产品装接工艺要求完成装配及调试，开赛2.5小时后提交给裁判评判。任务二：功能电路PCB绘制1.任务描述选手根据下发的功能电路原理图，完成的功能电路PCB图绘制（相关下发资料在U盘“PCB设计文档”文件夹中）。绘制电路图文件名为工位号X.PcbDoc（X为工位号），保存在D盘。在AltiumDesigner软件中设置约束规则时，需截图保存在“约束规则截图文件.doc”文件中。将绘制的电路图、约束规则截图文件.doc、Gerber生产文件和元器件BOM表等文件保存到“PCB绘制任务（工位号）”命名的文件夹，需在开赛后6小时内，保存至U盘。比赛开赛后6小时提交所绘制的PCB图，延时提交本任务以0分计入总成绩。2.比赛内容及要求根据下发Sch格式原理图，PCB绘制约束规则和相应元器件封装库，利用AltiumDesigner14及以上版本软件完成功能电路PCB的绘制。下发的功能电路原理图中标号为U3、U10的元器件封装，需要选手根据下发的数据手册中的封装要求自行绘制，其余元器件的封装库利用下发的“功能电路PCB封装库”中的封装。选手绘制的PCB图必须满足的要求如下：（1）下发的“工位号X.PcbDoc”文件中锁定位置的元器件（如图2-1所示）不得改变位置，所有元器件必须全部放置在顶层；（2）线路板约束规则要求：采用双层板，最小间距7mil（U3独立设置间距为5mil；U8独立设置间距为5mil；U2独立设置间距为7mil；）;最小线宽7mil（GND线宽最小7mil中等和最大为15mil;VCC线宽最小7mil中等和最大为15mil）过孔最小孔径18mil;过孔最小直径36mil;敷铜最小间距20mil;位号丝印高度为50mil;敷铜时需要去除死铜。将设置规则及板子信息报告（板子规格、布线信息）截图保存在“约束规则截图文件.doc”相应位置（3）将绘制封装U3和U10的参数设置，截图保存在“约束规则截图文件”相应位置。（4）所绘制的PCB外形为给定的工位号X.PcbDoc文件中给定图形的外侧图形,如图2-1所示。（5）将Gerber生产文件和元器件BOM表存储到上交U盘中。2-1印制板约束条件示意图任务三：基本任务实现1.任务描述基于远程云端硬件实验平台仿真电路搭建与编程实现：智能风扇。2.任务说明（1）参赛选手需在远程云端硬件实验平台上设计一个智能风扇功能仿真电路，仿真参考电路如图3-1所示。3-1智能风扇功能仿真电路（2）电路基本组成单片机（自定义MCU）、按键（显示名称）、数码管模块（显示名称）、直流电机模块（显示名称）、LED灯（红灯、绿灯）、有源蜂鸣器（显示名称），选手实现的基本功能要求如表3-1所示：任务内容1参考仿真电路设计图进行电路搭建，要正确配置MCU输入输出IO，正确连接线路。1、添加单片机（自定义MCU）。2、添加六个按键，按键配置成“上升沿”驱动，按键名称分别命名为“正转”、“反转”、“一档”、“二档”、“三档”，“停止”，并实现按键相应的功能。3、添加一个数码管，使其正常显示任务内容。4、添加一个直流电机，可启动、停止、控制速度，实现正反转。5、添加五个LED灯，一个绿灯、四个红灯，命名为“绿灯”、“红灯”、“一档指示灯”、“二档指示灯”、“三档指示灯”，使其正确连线。6、添加一个有源蜂鸣器，使其正常鸣叫。7、在实验面板上添加文字命名—“智能风扇”。2编写程序逻辑功能1、初始状态（点击运行实验后）1）当点击实验面板“运行实验”按钮后，数码管显示0，红灯、绿灯点亮，蜂鸣器鸣叫，“一档指示灯”、“二档指示灯”、“三档指示灯”熄灭，电机不转动，速度显示为“0.0”；延时2秒后，绿色LED灯熄灭，蜂鸣器停止鸣叫，其他器件状态不变。2、系统启动状态（点击按键功能）。1）当点击“正转”按键后，数码管显示字母F，绿灯点亮、红灯熄灭，蜂鸣器鸣叫1S后自动停止，直流电机正转，速度为330±1。2）当点击“反转”按键后，数码管显示字母b，绿灯点亮、红灯熄灭，蜂鸣器鸣叫1S后自动停止，直流电机反转，速度为-330±1。3）当点击“一档”按键后，“一档指示灯”点亮、绿灯点亮、红灯熄灭；如果直流电机当前状态是正转，电机速度变为410±1；如果直流电机当前状态是反转，电机速度变为-410±1。4）当点击“二档”按键后，“二档指示灯”点亮、绿灯点亮、红灯熄灭；如果直流电机当前状态是正转，电机速度变为610±1；如果直流电机当前状态是反转，电机速度变为-610±1。5）当点击“三档”按键后，“三档指示灯”点亮、绿灯点亮、红灯熄灭；如果直流电机当前状态是正转，电机速度变为800±1；如果直流电机当前状态是反转，电机速度变为-800±1。6）当点击“停止”按键后，数码管显示0，红灯点亮，绿灯、“一档指示灯”、“二档指示灯”、“三档指示灯”熄灭，蜂鸣器关闭，电机不转动，速度显示为“0.0”；说明：以上任务均在远程云端硬件实验平台上实现，不提供实物供选手调试。（3）程序项目及所有源代码保存在一个独立的文件夹内，裁判评判时调用。裁判评判时选手操作，裁判员记录相关结果。（4）选手需要绘制电路图，编写能够实现表3-1功能的程序，通过远程登陆账号，在线运行程序。各参赛队使用现场下发的用户和密码登录后完成上述任务。任务四：沙盘任务实现1.任务描述：针对特定任务要求，通过编程和调试使AGV无线智能分拣小车在智能仓储沙盘场地上运行并按要求完成自主搬运作业。2.任务说明：（1）比赛要求参赛队员须根据仓储分拣搬运任务要求，在规定时间内编写程序并配置任务清单，使小车能够在程序的控制下自动完成赛题所规定的智能仓储货物分拣和搬运任务。本任务要求选手在5分钟内完成，测试时超过5分钟完成的任务以0分计入本任务总成绩。（2）沙盘地图根据应用场景，设置仓储沙盘如图17所示，尺寸规格为长3000mm，宽2000mm，离地高度为600mm，周边用透明围栏防止小车跌落。整个沙盘分为四个区域：出发区、仓储区、终点区、卸货区。按编号1-6设置六个货架，每个货架为3×3结构，即上下三层，每层摆放三个货物（场地中间的货架是两排货物，共六个），每个货物均贴有商品二维码（朝向外侧摆放），见图17-2，小车通过机械手抓货物前需通过二维码识别货品。图17-1中，小车行驶赛道宽度为500/700mm；循迹磁导引线宽度为30mm。沙盘任务测试时将小车摆放在沙盘的“出发区”，根据赛题任务进入“仓储区”经过各个货架由机械手取出物品，放置在小车的货箱上，任务完成后行驶到“终点区”，小车与卸货平台握手通信后，自动将车载装有货物的电动货箱推送到卸货平台上。传送带的运行状态数据通过无线通信上传至上位机，上位机软件记录运行数据。图17-1智能仓储沙盘地图（示意图）图17-2智能仓储沙盘地图（货架示意图）（3）沙盘任务图18智能仓储沙盘实物货品分拣任务说明：要求小车在规定时间（5分钟）内，分别在1，2，3-1，3-2，4-1，4-2，5，6号货架内取回编号（编号为3位阿拉伯数字，位数不足的在前面添0，例如58号编号为058，其余以此类推）如表3所示的货物（位图见图17-2），其中存在一定数量摆放货物的二维码与给定任务不一致，选手识别但不取回，在该货物识别后需控制蜂鸣器长鸣1S，具体不一致的摆放货物数量以比赛现场摆放的货物为准，选手自行识别判断后完成比赛任务。比赛根据货物取回数量及任务完成度进行评分。选手练习时，59号货物的二维码与给定任务不一致，测试时由裁判现场设定一定数量编号货物的二维码与编号不一致，由选手自行判断，要求选手在测试时不取回实际放置的货物二维码与编号不一致的货物。表3可能需要取回的货物编号序号货架号物品号1159227233-12544-13054-2526597616（4）测试过程各参赛队完成编程与任务设置后，需向场地裁判示意准备就绪，按裁判指令进入测试等待区候场，为确保现场无线通信可靠，等候时关闭小车无线网络或关