2024年上海高職院校學(xué)生技能大賽智能電子產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)賽項樣題

“GZO29智能電子產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)”賽項試卷題目：模擬工業(yè)傳送帶物品檢測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)北京杰創(chuàng)永恒科技有限公司研發(fā)的模擬工業(yè)傳送帶物品檢測系統(tǒng)主要由智能顯示終端、AI識別模組、二維云臺、主控機箱和運維系統(tǒng)等模塊組成。其中AI識別模組主要由高清攝像頭、圖像處理與識別主機(安裝有圖像識別軟件)組成，主控機箱主要由口袋機(主控板)、鍵盤、運維系統(tǒng)(觸摸屏),以及機箱中的多個功能電路板組成。當(dāng)使用智能電視機播放模擬傳送帶視頻時，通過AI識別模組從電視屏幕上檢測指定的物品，當(dāng)發(fā)現(xiàn)符合特征的物品時，將物品坐標(biāo)發(fā)送給主控機箱上的主控板，主控板控制紅外發(fā)射器發(fā)射紅外信號控制視頻暫停播放同時二維云臺帶動激光筆指示屏幕上的物品，并進(jìn)行語音播報，同時將各種信息發(fā)送給運維系統(tǒng)。在智能電視機上播放工業(yè)傳送帶傳輸物品視頻，模擬工業(yè)傳送帶物品檢測系統(tǒng)(以下簡稱物品檢測系統(tǒng))通過攝像模塊觀察檢測傳送帶上傳輸?shù)奈锲?，?dāng)發(fā)現(xiàn)符合指定特征的物品時，語音播報示意，并同時用云臺控制激光筆照射在所發(fā)現(xiàn)的物品上。按賽題要求，學(xué)習(xí)所發(fā)的技術(shù)資料，利用現(xiàn)場配備的元器件、模塊、設(shè)備、器材，以及自帶的部分電路模塊，完成物品檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)配置、電路設(shè)計、軟件仿真、電路焊接、故障修復(fù)、微處理器應(yīng)用軟件設(shè)計、軟硬件調(diào)試、系統(tǒng)測試等工作，完成這一智能系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。競賽期間所有需要提交的文件根據(jù)現(xiàn)場要求命名，存放到指定目錄。1.1.根據(jù)本賽題及所給U盤中的技術(shù)資料，分析物品檢測系統(tǒng)的工作原理和功能要求。1.2.系統(tǒng)中有一指定功能電路，在任務(wù)書中描述了功能及性能指標(biāo)要求；利用電路仿真軟件(Multisim)完成電路設(shè)計，包括器件選型及參數(shù)設(shè)置。1.3.利用電路仿真軟件(Multisim)進(jìn)行指定功能電路的仿真運行，并使用軟件中的虛擬儀器實現(xiàn)對指定功能電路的信號特征(波形、頻率、幅度)進(jìn)行測量。1.4.根據(jù)賽題提供的某處理器控制板的紙質(zhì)原理圖，在相應(yīng)軟件中繪制原理圖，并按照印刷電路板約束條件要求，將其繪制成印制電路板(在下發(fā)的U盤中提供原理圖封裝庫和PCB封裝庫)。1.5.典型電路分析及故障排除?，F(xiàn)場提供某典型故障電路板，參賽隊員根據(jù)原理圖分析其功能及性能指標(biāo)，測量分析電路板中存在故障，完成對電路板的故障維修任務(wù)；撰寫描述故障現(xiàn)象、成因分析、維修方法的電子文檔，保存到U盤，并用微處理器主控板對修復(fù)的電路進(jìn)行測試，并在設(shè)備LCD顯示器上顯示測試結(jié)果。1.6.現(xiàn)場下發(fā)焊接套件(包括空的PCB板和電路板上的元件),根據(jù)電路原理圖和絲印位號圖將PCB板焊接好，同時根據(jù)下發(fā)資料中的描述將PCB板上存在的故障使用飛線等方式修復(fù)好，然后將下發(fā)的U盤中的測試程序燒錄到口袋機對PCB板進(jìn)行測試，使其能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)中描述的功能。1.7.改造現(xiàn)場提供的激光筆，使之通斷可控；激光筆固定在云臺上，激光筆最前端到智能電視機屏幕垂直距離50±2cm內(nèi)，系統(tǒng)控制云臺用激光筆光束指向某幾個指定的位置；位置可通過鍵盤設(shè)置。1.8.根據(jù)系統(tǒng)要求，將現(xiàn)場提供的簡易機箱、AI視覺模塊、二維云臺、智能電視機等設(shè)備擺放到合適的位置，并完成電氣連接和系統(tǒng)組裝。必須將包含物品傳送帶模擬視頻的U盤插入智能電視機提供的接口，并確保系統(tǒng)中的各個模塊與智能電視機不存在物理連接。1.9.完成STM32F407處理器的應(yīng)用軟件設(shè)計，使物品檢測系統(tǒng)達(dá)到規(guī)定的功能要求。在播放視頻時，系統(tǒng)檢測的形狀、顏色由裁判現(xiàn)場抽取的編號確定；發(fā)現(xiàn)特征物品時，以語音播報、激光筆指示等方式展示檢測結(jié)果。模擬工業(yè)傳送帶的視頻有靜止、低速和高速度三種不同難度狀態(tài)。所編寫的軟件程序代碼需保存到U盤中。1.10.系統(tǒng)工作時，需要在系統(tǒng)內(nèi)的LCD顯示器上顯示檢測到的物品信息，顯示信息滿屏后自動向上滾動。1.11.物品檢測系統(tǒng)以RS-485通信方式(通信協(xié)議在U盤中提供)向運維系統(tǒng)發(fā)送檢測結(jié)果。物品檢測系統(tǒng)在工作中，每發(fā)現(xiàn)符合特征條件的物品時，通過RS-485通訊接口，向運行維護(hù)系統(tǒng)發(fā)送報文；在檢測工作結(jié)束時，發(fā)送不同難度狀態(tài)下物品檢測統(tǒng)計數(shù)據(jù)。(報文的具體格式和要求詳見任務(wù)書)2競賽時間競賽時間為4小時。用32英寸智能電視機播放工業(yè)傳送帶傳輸物品的視頻，模擬工業(yè)傳送帶傳輸物品。物品檢測系統(tǒng)用攝像模塊觀察檢測傳送帶上傳輸?shù)奈锲?，在發(fā)現(xiàn)符合指定特征(形狀、顏色等)的物品時，用語音播報示意，并同時用安裝在云臺上的激光筆光束照射在所發(fā)現(xiàn)的物品上指示。激光筆需要在現(xiàn)場加以改造后使用，即未發(fā)現(xiàn)物品時激光筆不得開啟；發(fā)現(xiàn)特征物品后指示時，激光筆方能開啟，并使光斑持續(xù)1s以上穩(wěn)定照射在物品中心。在動態(tài)檢測條件下，物品檢測系統(tǒng)在檢測分析特征物品時，可使電視機暫停播放，待檢測指示完成后，再控制電視機恢復(fù)播放視頻；連續(xù)播放時間累計15s,檢測到物品每次暫停播放時間不超過10s。云臺的控制方式及參數(shù)詳見U盤提供的數(shù)據(jù)資料，可選擇使用現(xiàn)場配備的驅(qū)動電路板控制云臺。1.10-1.11所述功能需在系統(tǒng)自主運行情況下完成，工作期間不得人為干預(yù)。4功能實現(xiàn)參賽隊需完成器件選型、電路設(shè)計、仿真測試、PCB設(shè)計、電路焊接、電路障診斷與維修、系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、工作運維等多項任務(wù)。物品檢測系統(tǒng)由多個功能模塊組成，在競賽中，首先確保微處理器能夠正常運行，能夠下載更新軟件；測試自帶或現(xiàn)場提供電路板模塊、電氣部件等，確保都能夠正常工作；根據(jù)賽題要求對部分部件進(jìn)行改裝、安裝；測試分析故障電路，在排除故障后測試性能；在微處理器模塊的支持下，對人機交互、圖像檢測、云臺控制、通信聯(lián)絡(luò)等功能進(jìn)行單獨測試或調(diào)試，最終進(jìn)行系統(tǒng)電子電路設(shè)計包括器件選型、電路設(shè)計、仿真測試和印刷電路板圖設(shè)計兩部分競賽內(nèi)容。4.1.1器件選型與電路設(shè)計仿真針對指定功能電路，利用電子電路仿真軟件(Multisim)進(jìn)行器件選型、電路設(shè)計、參數(shù)設(shè)置等設(shè)計工作，電路圖應(yīng)正確且電路應(yīng)能夠仿真運行，選擇配置虛擬儀器，測試輸出信號的波形、頻率、幅度，設(shè)計表格記錄上述參數(shù)。然后繪制指定功能參賽隊所繪制的原理圖、仿真測試結(jié)果文件均需保存到U盤。4.1.2印刷電路板設(shè)計印制電路板設(shè)計需利用嘉立創(chuàng)EDA或AltiumDesigner軟件繪制電路的印刷電路板圖。根據(jù)賽題指定的某處理器控制板的紙質(zhì)原理圖，繪制原理圖，并按照印刷電路板約束條件要求，將其繪制成印制電路板，將工程文件保存到U盤中，將U盤上交給裁判。4.2典型故障電路板功能分析及故障排除典型故障電路板包括但不限于信號發(fā)生電路、波形變換電路、信號放大電路等。參賽隊員對原理圖進(jìn)行分析，描述電路板的功能及性能指標(biāo)；對電路板測試，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，完成對電路板的故障維修任務(wù)，使電路板能夠正常運行工作；運用微處理器主控板對電路板的輸出進(jìn)行采樣，并顯示信號及參數(shù)。4.3物品檢測系統(tǒng)的裝調(diào)4.3.1物品檢測系統(tǒng)構(gòu)成物品檢測系統(tǒng)中應(yīng)該包含的模塊與部件如下：1)微處理器主控板2)液晶顯示和鍵盤電路板3)電源模塊4)云臺與激光筆5)功率驅(qū)動板6)攝像模塊(及支架)7)語音模塊8)RS-485通信板9)電氣連接件10)智能電視機4.3.2物品檢測系統(tǒng)的安裝與調(diào)試構(gòu)成系統(tǒng)的部分電路模塊需要現(xiàn)場裝調(diào)或改裝。1)改裝現(xiàn)場提供的激光筆，使之通斷可控；將激光筆固定在云臺上。系統(tǒng)可以由鍵盤設(shè)置目標(biāo)位置，設(shè)計微處理器軟件，通過功率驅(qū)動板控制云臺，可控制激光筆光束指向某指定的目標(biāo)位參賽隊需自行完成物品檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安裝、電氣連接和調(diào)試測試工作。需要時可利用現(xiàn)場提供的加工條件，在指定區(qū)域?qū)C箱進(jìn)行適當(dāng)加工改造。4.3.3物品檢測系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和運維1)系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)所選擇的微處理器，進(jìn)行系統(tǒng)軟件設(shè)計。其中包含鍵盤及顯示器等人機交互軟件，攝像模塊通信及圖像分析軟件，云臺控制軟件，工作運維信息通信軟件等。2)物品檢測功能實現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場選題，決定需檢測物品的特征，如物品的形狀與顏采用插入U盤方式在智能電視機上播放視頻，模擬物品檢測傳送帶場景，播放的視頻有以下三種不同難度等級，電視機上以靜止圖片方式，連續(xù)播放3幅圖片，每幅圖片停留10秒；電視機上以低速(6~10cm/s)播放連續(xù)視頻，播放15s;電視機上以高速(10~30cm/s)播放連續(xù)視頻，播放15s;系統(tǒng)檢測到待測物品時，先以語音播報提示，然后用激光筆照射檢測到的物品。3)物品檢測系統(tǒng)運維物品檢測系統(tǒng)在工作中，每當(dāng)發(fā)現(xiàn)符合特征條件的物品時，通過RS-485通訊接口，向運行維護(hù)系統(tǒng)發(fā)送一條報文，通信協(xié)議在下發(fā)的U盤中提供；在檢測工作結(jié)束時，將在不同檢測難度條件下檢測到的物品統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)送一組報文給運行維護(hù)系統(tǒng)。運維管理由觸摸屏實現(xiàn)，觸摸屏已配備軟件，可顯示接收到的報文。上述檢測結(jié)果，也需要在系統(tǒng)內(nèi)的LCD顯示器上顯示，顯示信息滿屏后自動向上滾動；測試結(jié)束后，可采用翻頁方式顯示已以往的顯示信息。LCD顯示格式要求由U盤提供。詳細(xì)的報文格式和內(nèi)參賽選手在編寫程序時將反映物品檢測系統(tǒng)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)按規(guī)定的通信協(xié)議傳輸?shù)接|摸屏。4.3.4人機交互要求1)鍵盤定義鍵盤的布局及定義如下圖1所示，由0~9數(shù)字鍵，“上”、●F4定義為鍵盤設(shè)置目標(biāo)坐標(biāo)，控制激光筆指向目標(biāo)的工作模式的啟動與停止?！馞1^F3分別為三種物品檢測難度條件工作模式的啟動與停2)LCD顯示器工作要求系統(tǒng)上電啟動后，處于待命工作狀態(tài)，顯示器上顯示指定信在F1~F4四種工作模式下，分別顯示表征各自工作模式的文字，也可包含數(shù)字。同時還需要工作計時、特征物品靜止位置坐標(biāo)等信息。3)系統(tǒng)工作中LCD顯示器上顯示的內(nèi)容與格式、位置及灰度(或顏色)等項要求，根據(jù)任務(wù)書中的要求確定。4.4職業(yè)素養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)包括安全用電、操作規(guī)范、環(huán)境整潔、文明比賽，團隊合作與職業(yè)道德等方面的內(nèi)容，要求選手在競賽過程中模范遵守。同時還要通過作品考察參賽隊員的工程能力、工藝水平及5技術(shù)文件要求技術(shù)文件包括提供給參賽隊的資料文件與指令文件，以及需要參賽隊完成的技術(shù)文件。5.1提供給參賽隊的技術(shù)文件需提供給參賽隊的文件包括但不限于：●微處理器主控板原理圖●典型故障電路板原理圖●LCD顯示器顯示格式要求●RS-485通信協(xié)議●云臺、語音模塊等模塊部件的數(shù)據(jù)手冊●參賽隊提交文件命名要求5.2參賽隊完成并提交的技術(shù)文件參賽隊提交的電子文件均采用U盤保存后提交，技術(shù)文件包●指定功能電路原理圖及仿真運行測試截圖●典