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3

队员须知：任务书共19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（1）功能电路装调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：1、焊接完成后，将USB线插入USB-UART插座。将USB口插入电脑USB口上电。2、用短接帽将截图排针短接，通过STC-ISP软件，将HEX程序下载到单片机中。3、程序下载完成后，上电后蜂鸣器鸣响一声。4、继电器动作一次。5、四位数码管同时每隔1S递增1发生变化。6、按下SW1-SW8按键，按键上方对应的LED指示灯点亮。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（选手提交所装配的电路板时必须将下发的功能测试程序（下发U盘中“功能电路板测试程序.hex”）下载至MCU中并验证相关功能），同步提交功能电路板提交确认单，裁判依据确认单进行确认。任务二：功能电路PCB绘制1.任务描述选手根据下发的电路图，完成本电路原理图及PCB设计。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。比赛内容及要求根据下发电路图、元器件参考图等资料，利用AltiumDesigner15及以上版本软件完成原理图及PCB设计。选手绘制的原理图及PCB必须满足如下要求：序号基本功能要求1给定的功能电路原理图和PCB约束条件：1、下发的“PCB.PcbDoc”文件中锁定的元器件不得改变位置。2、给定的定位孔不得改变位置。3、外形尺寸不得更改。4、禁止使用自动布线功能。2线路板约束规则要求：1、采用双层板。2、元件最小间距10mil，敷铜最小间距20mi。3根据原理图参考图和元件手册自行绘制原理图库元件封装和PCB封装：1、绘制U1的原理图元件封装。2、绘制U2的PCB封装。4布线要求：1、信号线宽度10mil，电源线宽度大于15mil，电源线过孔的孔径大于10mil小于20mil。2、去耦电容布置合理。3、元器件布置合理，贴片元件符合SMT生产工艺要求，元件与板边有一定距离（大于1mm）。4、走线规范、正确，美观。丝印及板信息：1、元器件丝印高度为1mm，线宽度为0.2mm。2、PCB板信息丝印：工位号+日期（年月日）高度2mm，线宽度0.3mm5工程文件符合规范：1、自行设计的原理图(*.SchDoc)和PCB图（*.PcbDoc）文件保存。2、自行设计原理图元件封装和PCB元件分装，分别保存在原理图库(*.SchLib)和PCB库（*.PcbLib）。3、1和2项放入同一个文件夹，文件夹命名为“2023-JC***_模块”。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：电子时钟，并按要求上传答案。2.任务说明（1）参赛队员参赛选手需在远程云端硬件实验平台上设计一个电子时钟功能仿真电路，仿真参考电路如图3-1所示。3-1电子时钟功能仿真电路（2）电路基本组成单片机（自定义MCU）、拨码开关（显示名称）、数码管（显示名称）、蜂鸣器（显示名称）、LED灯，选手实现的基本功能要求如表3-1所示：表3-1基本功能要求序号任务内容任务要求1搭建仿真电路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、添加一个拨码开关，默认左边拨到低电平，右边拨到高电平，并实现其相应的功能。3、添加六个数码管，参考仿真电路设计图正确连接管脚IO线路。4、添加一个有源蜂鸣器。5、添加四个红色LED灯，四个LED灯管脚方向向左，一个绿色LED灯，管脚方向向上，LED灯默认高电平启动。6、在实验面板上添加文字命名—“电子时钟”。2编写程序逻辑功能“拨码开关”有两种状态，按钮在左边时（输出为低电平），按钮在右边时（输出为高电平）。初始状态（运行实验后）当点击“运行实验”按钮后情况如下:（1）“拨码开关”按钮拨到左边（输出低电平）1）数码管驱动正常，数码管全部点亮，显示88:88:88（dp不显示），无乱码显示情况发生；数码管之间的四个红色LED全部点亮。2）同时有源蜂鸣器鸣叫，绿色LED灯点亮，1S后，同时关闭。2、系统启动状态（点击“拨码开关”按钮）（1）点击“拨码开关”，将其按钮拨到右边时系统进入启动状态，时钟初始值设定为“23:59:00”并开始计时。1）时钟-秒钟区，时间从00秒开始计时，数据每秒递增1，当秒计数大于59时清零秒计数，分钟数自动增加1。2）时钟-分钟区，时间从59分开始计时，当分计数大于59时清零分计数，小时数自动增加1。3）时钟-小时区，时间从23时开始计时，当小时计数大于23时清零小时计数。4）四个红色LED每1S同时闪烁一次，绿色LED灯常亮。5）当时钟显示为“00:00:00”时，蜂鸣器鸣叫1S，绿色LED灯熄灭。（2）点击“拨码开关”，将其按钮拨到左边时，时钟停止计时，显示时间为当前计时时间，四个红色LED灯熄灭，绿色LED灯熄灭，当再次拨到右边时，时钟继续从当前暂停时间开始计时，四个红色LED恢复间隔1S闪烁一下，绿色LED灯常亮。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闭小车电源。在裁判要求准备时，队员打开小车电源，使小车接入无线网络，确保与上位机通信正常。1）开始测试：根据裁判指令，一名队员将小车放置于出发区，裁判确认摆放位置无误后，发出“开始”指令，参赛队员由上位机启动任务，任务计时也同时开启。2）小车通过无线网络接收启动指令开始自主行走，找到目标货架及相应货物，用机械臂抓取到电动货箱内。3）货物收集完毕后，小车需行驶至终点区，使用电动传送机构将货箱推送至卸货平台上。4）完成任务后，小车不必再移动。5）每个参赛队可以连续测试两轮赛项任务，每轮测试最长为5分钟（一旦超出，参赛队员需取回小车终止该轮任务），计时区间从“发出小车启动