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“GZ029智能电子产品设计与开发”赛项赛卷十
题目#xff1a;模拟工业传送带物品检测系统的设计与开发
1 竞赛任务
在智能电视机上播放工业传送带传输物品视频#xff0c;模拟工业传送带物品检测系统#xff08;以下简称物品检测系统模拟工业传送带物品检测系统的设计与开发
1 竞赛任务
在智能电视机上播放工业传送带传输物品视频模拟工业传送带物品检测系统以下简称物品检测系统通过摄像模块观察检测传送带上传输的物品当发现符合指定特征的物品时语音播报示意并同时用云台控制激光笔照射在所发现的物品上。
按赛题要求学习所发的技术资料利用现场配备的元器件、模块、设备、器材以及自带的部分电路模块完成物品检测系统的系统配置、电路设计、软件仿真、制板安装、电路焊接、故障修复、微处理器应用软件设计、软硬件调试、系统测试等工作完成这一智能系统的设计与开发。竞赛期间所有需要提交的文件根据现场要求命名存放到指定目录。 根据本赛题及所给U盘中的技术资料分析物品检测系统的工作原理和功能要求。系统中有一指定功能电路U盘文件确定了功能及性能指标要求利用电路仿真软件Multisim、Pspise、Proteus或国产相关软件等完成电路设计包括器件选型及参数设置。利用电路仿真软件Multisim、Pspise、Proteus或国产相关软件等进行指定功能电路的仿真运行并使用软件中的虚拟仪器实现对指功能电路的信号特征波形、频率、幅度进行测量。根据1.2-1.3的设计要求结合U盘提供的印刷电路板设计约束条件1利用嘉立创EDA或Altium Designer软件以电路板布局1绘制指定功能电路的印刷电路板图生成符合规范要求的印制线路板Gerber工程文件存储在U盘中。根据赛题提供的某处理器控制板的纸质原理图在相应软件中绘制原理图并按照印刷电路板约束条件要求2将其绘制成印制电路板并可以进行三维展示其中元器件1需由参赛队生成3D模型PCB图文件及三维展示截图存放在U盘中。典型电路分析及故障排除。裁判长现场抽取某典型功能电路板故障电路板5参赛队员根据原理图分析其功能及性能指标测量分析电路板中存在故障完成对电路板的故障维修任务撰写描述故障现象、成因分析、维修方法的电子文档保存到U盘并用微处理器主控板对修复的电路进行测试并在LCD显示器上显示测试结果。在次日竞赛中将加工完成的指定功能电路的印制线路板交付参赛队参赛队完成指定功能电路板的安装、焊接、调试。改造现场提供的激光笔使之通断可控激光笔固定在云台上激光笔最前端到智能电视机屏幕垂直距离50±2cm内系统控制云台用激光笔光束指向某几个指定的位置位置可通过键盘设置。根据系统要求在现场提供的简易机箱中安装固定构成系统所需的各个电路板、电源模块、接线排等部件摄像模块与云台无需安装在机箱内完成各电路、模块间的电源、信号连接机箱适当位置可安装橡胶底脚。
1.10完成STM32、GD32或STC等系列单片机的应用软件设计使物品检测系统达到规定的功能要求。在智能电视机播放的视频中采用1号背景色、2号物品组合。在播放视频时系统检测符合1号形状、2号颜色条件特征的物品发现特征物品时以语音播报、激光笔指示等方式展示检测结果。模拟工业传送带的视频有静止、低速和高速度三种不同难度状态。所编写的软件代码需保存到U盘中。
1.11系统工作时需要在系统内的LCD显示器上显示检测到的物品信息显示信息满屏后自动向上滚动。
1.12物品检测系统以RS-485通信方式通信协议在U盘中提供向运维系统发送检测结果。物品检测系统在工作中每发现符合特征条件的物品时通过RS-485通讯接口向运行维护系统发送报文在在检测工作结束时发送不同难度状态下物品检测统计数据。 2 竞赛时间
竞赛时间为11小时竞赛第一天3.5小时第二天7.5小时。 3 工作要求
用32英寸智能电视机播放工业传送带传输物品的视频模拟工业传送带传输物品。物品检测系统用摄像模块观察检测传送带上传输的物品在发现符合指定特征形状、颜色等的物品时用语音播报示意并同时用安装在云台上的激光笔光束照射在所发现的物品上指示。
激光笔需要在现场加以改造后使用即未发现物品时激光笔不得开启发现特征物品后指示时激光笔方能开启并使光斑持续1s以上稳定照射在物品中心。
在动态检测条件下物品检测系统在检测分析特征物品时可使电视机暂停播放待检测指示完成后再控制电视机恢复播放视频连续播放时间累计15s检测到物品每次暂停播放时间不超过10s。
云台的控制方式及参数详见U盘提供的数据资料可选择使用现场配备的驱动电路板控制云台。
1.10-1.12所述功能需在系统自主运行情况下完成工作期间不得人为干预。
物品检测系统中指定功能电路是系统中不可缺少的组成部分。参赛队若不能完成指定功能电路的装调可选择使用现场提供的电路板完成后续工作但相关部分工作不计成绩。 4 功能实现
参赛队需完成器件选型、电路设计、仿真测试、PCB设计、安装焊接、制作调试、电路障诊断与维修、系统应用软件设计、系统联调、工作运维等多项任务。
物品检测系统由多个功能模块组成在竞赛中首先确保微处理器能够正常运行能够下载更新软件测试自带或现场提供电路板模块、电气部件等确保都能够正常工作根据赛题要求对部分部件进行改装、安装测试分析故障电路在排除故障后测试性能在微处理器模块的支持下对人机交互、图像检测、云台控制、通信联络等功能进行单独测试或调试最终进行系统联调。
4.1 电子电路设计
电子电路设计包括器件选型、电路设计、仿真测试和印刷电路板图设计两部分竞赛内容。
4.1.1 器件选型与电路设计仿真
针对指定功能电路利用电子电路仿真软件Multisim、Pspise、Proteus或国产相关软件等进行器件选型、电路设计、参数设置等设计工作电路图应正确且紧凑、美观。
电路应能够仿真运行选择配置虚拟仪器测试输出信号的波形、频率、幅度设计表格记录上述参数。
参赛队所绘制的原理图、仿真测试结果文件均需保存到U盘。
4.1.2 印刷电路板设计
印制电路板设计包含两部分工作均需利用嘉立创EDA或Altium Designer软件绘制电路的印刷电路板图。
其一将经过软件仿真测试的指定功能电路按照电路板布局1及印刷电路板约束条件要求1将其绘制成印制电路板生成Gerber工程文件保存到U盘交付竞赛组织方制作成印制电路板次日印制电路板交付参赛队完成安装、焊接、调试将其应用于物品检测系统之中。
其二根据赛题指定的某处理器控制板的纸质原理图绘制原理图并按照印刷电路板约束条件要求2将其绘制成印制电路板生成Gerber工程文件保存到U盘要求所有元器件均采用3D模型其中指定元器件1需要参赛队自行建模所绘制的印刷电路板可以进行三维展示。 4.2 典型故障电路板功能分析及故障排除
这是竞赛的应变题内容。由裁判长指定相关人员在比赛前抽取某典型故障电路。
典型故障电路板包括但不限于信号发生电路、波形变换电路、信号放大电路等。参赛队员对原理图进行分析描述电路板的功能及性能指标对电路板测试根据故障现象分析故障原因完成对电路板的故障维修任务使电路板能够正常运行工作运用微处理器主控板对电路板的输出进行采样并显示信号及参数。 4.3 物品检测系统的装调
4.3.1 物品检测系统构成
物品检测系统中应该包含的模块与部件如下
微处理器主控板液晶显示和键盘电路板电源模块云台与激光笔功率驱动板摄像模块及支架语音模块RS-485通信板电气连接件智能电视机
4.3.2 物品检测系统的安装与调试
构成系统的部分电路模块需要现场装调或改装。
1指定功能电路完成印制电路板制作交付参赛队员后参赛队需完成指定功能电路信号板的安装、焊接、调试。
若印制电路板设计或装调失败不能正常工作可以采用现场提供的成品电路板替代但在成绩中将扣除线路板设计、安装、调试部分任务的分值。
2改装现场提供的激光笔使之通断可控将激光笔固定在云台上。系统可以由键盘设置目标位置设计微处理器软件通过功率驱动板控制云台可控制激光笔光束指向某指定的目标位置。
在现场提供的简易机箱中安装固定构成系统电源及各功能电路板、接线排等部件摄像检测与云台机构可置于机箱之外。完成各电路、模块间的电源、信号连接使系统能够正常工作完成物品检测功能。
参赛队需自行完成物品检测系统的结构安装、电气连接和调试测试工作。需要时可利用现场提供的加工条件在指定区域对机箱进行适当加工改造。 4.3.3 物品检测系统的功能实现和运维
1系统软件设计
根据所选择的微处理器进行系统软件设计。其中包含键盘及显示器等人机交互软件摄像模块通信及图像分析软件云台控制软件工作运维信息通信软件等。
2物品检测功能实现
根据现场选题决定物品检测的环境如传送带背景色与物品组合决定需检测物品的特征如物品的形状与颜色。
采用插入U盘方式在智能电视机上播放视频模拟物品检测传送带场景播放的视频有以下三种不同难度等级
电视机上以静止图片方式连续播放3幅图片每幅图片停留10秒电视机上以低速3~10cm/s播放连续视频播放15s电视机上以高速10~30cm/s播放连续视频播放15s
系统检测到待测物品时先以语音播报提示然后用激光笔照射检测到的物品。
3物品检测系统运维
物品检测系统在工作中每当发现符合特征条件的物品时通过RS-485通讯接口向运行维护系统发送一条报文通信协议在下发的U盘中提供在检测工作结束时将在不同检测难度条件下检测到的物品统计数据发送一组报文给运行维护系统。运维管理由昆仑通态等触摸屏实现触摸屏已配备软件可显示接收到的报文。上述检测结果也需要在系统内的LCD显示器上显示显示信息满屏后自动向上滚动测试结束后可采用翻页方式显示已以往的显示信息。LCD显示格式要求由U盘提供。
参赛选手在编写程序时将反映物品检测系统工作状态的数据按规定的通信协议传输到触摸屏。
4.3.4 人机交互要求
1键盘定义
键盘的布局及定义如下图1所示由0~9数字键“上”、“下”、“左”、“右”显示控制键F1~F4功能键“D”、“E”备用键等构成。 图1 系统键盘定义图
“0~9”数字键可供输入数字。F4定义为键盘设置目标坐标控制激光笔指向目标的工作模式的启动与停止。F1~F3分别为三种物品检测难度条件工作模式的启动与停止。
2LCD显示器工作要求
系统上电启动后处于待命工作状态显示器上显示指定信息。
在F1~F4四种工作模式下分别显示表征各自工作模式的文字也可包含数字。同时还需要时钟、工作计时、特征物品静止位置等。
3系统工作中LCD显示器上显示的内容与格式、位置及灰度或颜色等项要求根据下发U盘中“LCD显示器显示格式要求”文件确定。 4.4 职业素养
职业素养包括安全用电、操作规范、环境整洁、文明比赛团队合作与职业道德等方面的内容要求选手在竞赛过程中模范遵守。同时还要通过作品考察参赛队员的工程能力、工艺水平及作品美观性。 5 技术文件要求
技术文件包括提供给参赛队的资料文件与指令文件以及需要参赛队完成的技术文件。
5.1提供给参赛队的技术文件 需提供给参赛队的文件包括但不限于
物品检测调试视频物品检测测试视频微处理器主控板原理图印制电路板约束条件典型功能电路板原理图指定功能电路设计要求LCD显示器显示格式要求RS-485通信协议云台、语音模块等模块部件的数据手册参赛队提交文件命名要求
5.2参赛队完成并提交的技术文件
参赛队提交的电子文件均采用U盘保存后提交技术文件包括但不限于
指定功能电路原理图及仿真运行测试截图指定功能电路PCB的Gerber工程文件可3D展示的某微处理器主控板PCB图 典型故障电路板功能及性能指标分析典型故障电路板故障测试及修复方法物品检测系统实现任务与功能所编写的源程序
第1天完成的文件存放在“1-XXX提交文件”其中XXX为第1天的3位工位号第2天完成的文件存放在“2-YYY提交文件”其中YYY为第2天的3位工位号。
因保密要求在电路原理图和印刷电路板图文件中不得出现学校名称、参赛选手姓名等信息提交的电子文件按照指定规则命名不得以其它名称命名电子文件。电子文件名称如不符合命名规则体现出参赛队信息的该队该项竞赛成绩将被取消。 5.3技术文件上交方式
原理图、线路板图及源程序等工程文件均需提交电子文档采用U盘保存第1天下午提交时间为18:00以前第2天下午提交时间为16:30以前。
