2023年河北省職業(yè)院校學(xué)生技能大賽智能硬件裝調(diào)與應(yīng)用賽項(xiàng)樣題3

隊(duì)員須知：任務(wù)書共19頁(yè)，如出現(xiàn)任務(wù)書缺頁(yè)、字跡不清等問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)向裁判申請(qǐng)更換任務(wù)書。競(jìng)賽過(guò)程自備編程計(jì)算機(jī)和焊接等工具。參賽團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)在6小時(shí)內(nèi)完成任務(wù)書規(guī)定內(nèi)容；沒(méi)有運(yùn)行記錄或程序文件均不予給分。隊(duì)員提交的試卷不得出現(xiàn)學(xué)校、姓名等與身份有關(guān)的信息，否則成績(jī)無(wú)效。由于錯(cuò)誤接線、操作不當(dāng)?shù)仍蛞饳C(jī)器人控制器、傳感器、執(zhí)行部件的損壞以及發(fā)生機(jī)械碰撞等情況，將視嚴(yán)重程度進(jìn)行扣分處理。每一個(gè)任務(wù)具體測(cè)試要求根據(jù)評(píng)判要求現(xiàn)場(chǎng)給定或者任務(wù)書給定。在完成任務(wù)過(guò)程中，請(qǐng)及時(shí)保存程序及數(shù)據(jù)。賽位號(hào)：日期：

本賽題包括功能電路板裝調(diào)，功能電路PCB圖設(shè)計(jì)、基本任務(wù)實(shí)現(xiàn)、沙盤任務(wù)實(shí)現(xiàn)四項(xiàng)競(jìng)賽任務(wù)。參賽隊(duì)員需在規(guī)定時(shí)間（6小時(shí)）內(nèi)完成上述競(jìng)賽任務(wù)，根據(jù)要求提交相關(guān)文檔，配合裁判完成競(jìng)賽任務(wù)評(píng)測(cè)。競(jìng)賽設(shè)備描述賽項(xiàng)競(jìng)賽設(shè)備平臺(tái)包括：JC-Robot-AGV型無(wú)線智能分揀小車、JC-LOG-SWM智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤兩個(gè)部分。圖1競(jìng)賽技術(shù)平臺(tái)組成（說(shuō)明：左——智能分揀小車，右——智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤）圖2JC-Robo-AGV無(wú)線智能分揀小車組裝圖1.JC-Robot-AGV無(wú)線智能分揀小車無(wú)線智能分揀小車包括以下組件：eq\o\ac(○,1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)：支撐墊、機(jī)器人底盤、三軸機(jī)械臂、麥克納姆輪、貨物存放托盤、皮帶傳送機(jī)構(gòu)eq\o\ac(○,2)傳感組件：磁導(dǎo)航傳感器，二維碼識(shí)別模塊eq\o\ac(○,3)控制組件：STC口袋機(jī)控制模塊eq\o\ac(○,4)顯示組件：OLED顯示模塊eq\o\ac(○,5)驅(qū)動(dòng)組件：電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、直流電機(jī)（帶編碼器）eq\o\ac(○,6)通信組件：2.4GHz串口WiFi通信模塊eq\o\ac(○,7)驅(qū)動(dòng)電源：12V8000mAh鋰離子電池組，12V鋰離子充電器2.JC-LOG-SWM智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤組成部分包括：沙盤臺(tái)面、倉(cāng)儲(chǔ)貨架、磁導(dǎo)引帶、貨物傳送裝置等（圖3）。沙盤由WiFi無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋，AGV無(wú)線智能分揀小車、貨物傳送裝置均通過(guò)WiFi模塊接入該局域網(wǎng)，采用MQTT通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，參賽隊(duì)員通過(guò)上位機(jī)智能倉(cāng)儲(chǔ)軟件進(jìn)行管理。進(jìn)入賽場(chǎng)時(shí)，裁判會(huì)提供WiFi無(wú)線網(wǎng)的SSID與登錄密碼。圖3JC-LOG-SWM智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤3.智能硬件虛擬開(kāi)發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)通過(guò)GoogleChrome瀏覽器訪問(wèn)遠(yuǎn)程云平臺(tái)，輸入用戶名、密碼、選擇學(xué)生角色點(diǎn)擊登錄。圖4平臺(tái)用戶登錄界面鼠標(biāo)懸停在網(wǎng)頁(yè)右上角，確認(rèn)硬件設(shè)備連接情況。鼠標(biāo)單擊左側(cè)實(shí)驗(yàn)面板。在右側(cè)器件面板展開(kāi)邏輯器件菜單，這里以自定義邏輯器件為例，鼠標(biāo)選擇自定義管腳MCU。將自定義管腳MCU拖拽到頁(yè)面中心實(shí)驗(yàn)圖紙上。出現(xiàn)如下圖對(duì)話框。添加輸入輸出管腳，根據(jù)設(shè)計(jì)需要3個(gè)輸出管腳，1個(gè)輸入腳。故在輸出管腳配置一欄添加3個(gè)單bit管腳，連接管腳編號(hào)依次順延即可。同樣的步驟添加1個(gè)輸入管腳。此處需注意，如下圖添加輸出管腳一欄顯示的“連接管腳”號(hào)就是我們?cè)贛CU工程分配管腳的依據(jù)。確定了“連接管腳”號(hào)在按照頁(yè)面下載的文檔《二代遠(yuǎn)程管腳對(duì)應(yīng)關(guān)系_V1-MCU-Beta.xlsx》根據(jù)表格中編號(hào)確認(rèn)遠(yuǎn)程編號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)際STC15管腳名稱。添加管腳之后點(diǎn)擊“完成設(shè)置”。圖紙中央會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的自定義管腳的邏輯器件。接下來(lái)在圖紙中添加實(shí)物器件菜單中LED

燈3

個(gè)，按鍵1

個(gè)。如下圖所示。如下圖所示，鼠標(biāo)單擊器件引出的管腳一次即可引出一根導(dǎo)線，再單擊另一個(gè)器件的管腳即可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線連接。在開(kāi)始使用之前，點(diǎn)擊導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，把模型存?chǔ)到本地備份。至此一個(gè)擁有按鍵輸入和LED輸出的遠(yuǎn)程工程就創(chuàng)建完成。下次登陸遠(yuǎn)程想重復(fù)本次實(shí)驗(yàn)時(shí)使用導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)按鈕導(dǎo)入之前導(dǎo)出的文件即可。然后點(diǎn)擊單片機(jī)燒寫按鈕，選擇您自己的keil工程生成的hex文件，稍等片刻即可燒寫完成。燒寫完成后，點(diǎn)擊運(yùn)行實(shí)驗(yàn)按鈕，即可觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。任務(wù)一：功能電路裝調(diào)1.任務(wù)描述現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放功能電路板焊接套件（含PCB板與元器件）和技術(shù)資料（電路原理圖、物料清單），參賽選手對(duì)所發(fā)套件進(jìn)行檢查，有缺漏或壞器件，開(kāi)賽后30分鐘內(nèi)提出，未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提出視為齊全，超過(guò)規(guī)定時(shí)間提出申請(qǐng)補(bǔ)領(lǐng)，根據(jù)競(jìng)賽規(guī)定扣分。參賽隊(duì)員利用自帶或賽場(chǎng)提供的工具、儀器，按照電路原理圖完成功能電路板裝配及調(diào)試。2.比賽要求（1）功能電路裝調(diào)參賽隊(duì)員須按照典型電子產(chǎn)品裝配工藝要求進(jìn)行功能電路裝配。裝配完成后，上電前要測(cè)試裝配的電路是否存在短路現(xiàn)象，若存在短路，請(qǐng)自行檢查排除。確認(rèn)電路板可以正常工作后，完成下列任務(wù)并觀察：1、焊接完成后，將USB線插入U(xiǎn)SB-UART插座。將USB口插入電腦USB口上電。2、用短接帽將截圖排針短接，通過(guò)STC-ISP軟件，將HEX程序下載到單片機(jī)中。3、程序下載完成后，上電后蜂鳴器鳴響一聲。4、繼電器動(dòng)作一次。5、四位數(shù)碼管同時(shí)每隔1S遞增1發(fā)生變化。6、按下SW1-SW8按鍵，按鍵上方對(duì)應(yīng)的LED指示燈點(diǎn)亮。3.比賽內(nèi)容（1）元器件檢測(cè)參賽隊(duì)員須參照閱讀物料清單進(jìn)行元器件的辨識(shí)、清點(diǎn)和檢測(cè)。元器件種類包括：待焊電路板、驅(qū)動(dòng)芯片等。（2）功能電路裝調(diào)及提交參賽隊(duì)員須依據(jù)電路原理圖、位號(hào)圖（印制板頂層和底層絲印圖）及物料清單，按照典型電子產(chǎn)品裝接工藝要求完成裝配及調(diào)試，開(kāi)賽2.5小時(shí)后提交給裁判評(píng)判（選手提交所裝配的電路板時(shí)必須將下發(fā)的功能測(cè)試程序（下發(fā)U盤中“功能電路板測(cè)試程序.hex”）下載至MCU中并驗(yàn)證相關(guān)功能），同步提交功能電路板提交確認(rèn)單，裁判依據(jù)確認(rèn)單進(jìn)行確認(rèn)。任務(wù)二：功能電路PCB繪制1.任務(wù)描述選手根據(jù)下發(fā)的電路圖，完成本電路原理圖及PCB設(shè)計(jì)。比賽開(kāi)賽后6小時(shí)提交所繪制的PCB圖，延時(shí)提交本任務(wù)以0分計(jì)入總成績(jī)。比賽內(nèi)容及要求根據(jù)下發(fā)電路圖、元器件參考圖等資料，利用AltiumDesigner15及以上版本軟件完成原理圖及PCB設(shè)計(jì)。選手繪制的原理圖及PCB必須滿足如下要求：序號(hào)基本功能要求1給定的功能電路原理圖和PCB約束條件：1、下發(fā)的“PCB.PcbDoc”文件中鎖定的元器件不得改變位置。2、給定的定位孔不得改變位置。3、外形尺寸不得更改。4、禁止使用自動(dòng)布線功能。2線路板約束規(guī)則要求：1、采用雙層板。2、元件最小間距10mil，敷銅最小間距20mi。3根據(jù)原理圖參考圖和元件手冊(cè)自行繪制原理圖庫(kù)元件封裝和PCB封裝：1、繪制U1的原理圖元件封裝。2、繪制U2的PCB封裝。4布線要求：1、信號(hào)線寬度10mil，電源線寬度大于15mil，電源線過(guò)孔的孔徑大于10mil小于20mil。2、去耦電容布置合理。3、元器件布置合理，貼片元件符合SMT生產(chǎn)工藝要求，元件與板邊有一定距離（大于1mm）。4、走線規(guī)范、正確，美觀。絲印及板信息：1、元器件絲印高度為1mm，線寬度為0.2mm。2、PCB板信息絲?。汗の惶?hào)+日期（年月日）高度2mm，線寬度0.3mm5工程文件符合規(guī)范：1、自行設(shè)計(jì)的原理圖(*.SchDoc)和PCB圖（*.PcbDoc）文件保存。2、自行設(shè)計(jì)原理圖元件封裝和PCB元件分裝，分別保存在原理圖庫(kù)(*.SchLib)和PCB庫(kù)（*.PcbLib）。3、1和2項(xiàng)放入同一個(gè)文件夾，文件夾命名為“2023-JC***_模塊”。任務(wù)三：基本任務(wù)實(shí)現(xiàn)1.任務(wù)描述基于遠(yuǎn)程云端硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)仿真電路搭建與編程實(shí)現(xiàn)：電子時(shí)鐘，并按要求上傳答案。2.任務(wù)說(shuō)明（1）參賽隊(duì)員參賽選手需在遠(yuǎn)程云端硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上設(shè)計(jì)一個(gè)電子時(shí)鐘功能仿真電路，仿真參考電路如圖3-1所示。3-1電子時(shí)鐘功能仿真電路（2）電路基本組成單片機(jī)（自定義MCU）、撥碼開(kāi)關(guān)（顯示名稱）、數(shù)碼管（顯示名稱）、蜂鳴器（顯示名稱）、LED燈，選手實(shí)現(xiàn)的基本功能要求如表3-1所示：表3-1基本功能要求序號(hào)任務(wù)內(nèi)容任務(wù)要求1搭建仿真電路參考仿真電路設(shè)計(jì)圖進(jìn)行電路搭建，要正確配置MCU輸入輸出IO，正確連接線路。1、添加單片機(jī)（自定義MCU）。2、添加一個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)，默認(rèn)左邊撥到低電平，右邊撥到高電平，并實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。3、添加六個(gè)數(shù)碼管，參考仿真電路設(shè)計(jì)圖正確連接管腳IO線路。4、添加一個(gè)有源蜂鳴器。5、添加四個(gè)紅色LED燈，四個(gè)LED燈管腳方向向左，一個(gè)綠色LED燈，管腳方向向上，LED燈默認(rèn)高電平啟動(dòng)。6、在實(shí)驗(yàn)面板上添加文字命名—“電子時(shí)鐘”。2編寫程序邏輯功能“撥碼開(kāi)關(guān)”有兩種狀態(tài)，按鈕在左邊時(shí)（輸出為低電平），按鈕在右邊時(shí)（輸出為高電平）。初始狀態(tài)（運(yùn)行實(shí)驗(yàn)后）當(dāng)點(diǎn)擊“運(yùn)行實(shí)驗(yàn)”按鈕后情況如下:（1）“撥碼開(kāi)關(guān)”按鈕撥到左邊（輸出低電平）1）數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)正常，數(shù)碼管全部點(diǎn)亮，顯示88:88:88（dp不顯示），無(wú)亂碼顯示情況發(fā)生；數(shù)碼管之間的四個(gè)紅色LED全部點(diǎn)亮。2）同時(shí)有源蜂鳴器鳴叫，綠色LED燈點(diǎn)亮，1S后，同時(shí)關(guān)閉。2、系統(tǒng)啟動(dòng)狀態(tài)（點(diǎn)擊“撥碼開(kāi)關(guān)”按鈕）（1）點(diǎn)擊“撥碼開(kāi)關(guān)”，將其按鈕撥到右邊時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，時(shí)鐘初始值設(shè)定為“23:59:00”并開(kāi)始計(jì)時(shí)。1）時(shí)鐘-秒鐘區(qū)，時(shí)間從00秒開(kāi)始計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)每秒遞增1，當(dāng)秒計(jì)數(shù)大于59時(shí)清零秒計(jì)數(shù)，分鐘數(shù)自動(dòng)增加1。2）時(shí)鐘-分鐘區(qū)，時(shí)間從59分開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)分計(jì)數(shù)大于59時(shí)清零分計(jì)數(shù)，小時(shí)數(shù)自動(dòng)增加1。3）時(shí)鐘-小時(shí)區(qū)，時(shí)間從23時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)小時(shí)計(jì)數(shù)大于23時(shí)清零小時(shí)計(jì)數(shù)。4）四個(gè)紅色LED每1S同時(shí)閃爍一次，綠色LED燈常亮。5）當(dāng)時(shí)鐘顯示為“00:00:00”時(shí)，蜂鳴器鳴叫1S，綠色LED燈熄滅。（2）點(diǎn)擊“撥碼開(kāi)關(guān)”，將其按鈕撥到左邊時(shí)，時(shí)鐘停止計(jì)時(shí)，顯示時(shí)間為當(dāng)前計(jì)時(shí)時(shí)間，四個(gè)紅色LED燈熄滅，綠色LED燈熄滅，當(dāng)再次撥到右邊時(shí)，時(shí)鐘繼續(xù)從當(dāng)前暫停時(shí)間開(kāi)始計(jì)時(shí)，四個(gè)紅色LED恢復(fù)間隔1S閃爍一下，綠色LED燈常亮。說(shuō)明：以上任務(wù)均在遠(yuǎn)程云端硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，不提供實(shí)物供選手調(diào)試。（3）程序項(xiàng)目及所有源代碼保存在一個(gè)獨(dú)立的文件夾內(nèi)，裁判評(píng)判時(shí)調(diào)用。裁判評(píng)判時(shí)選手操作，裁判員記錄相關(guān)結(jié)果。（4）選手需要繪制電路圖，編寫能夠?qū)崿F(xiàn)表3-1功能的程序，通過(guò)遠(yuǎn)程登陸賬號(hào)，在線運(yùn)行程序。各參賽隊(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)下發(fā)的用戶和密碼登錄后完成上述任務(wù)。任務(wù)四：沙盤任務(wù)實(shí)現(xiàn)1.任務(wù)描述：針對(duì)特定任務(wù)要求，通過(guò)編程和調(diào)試使AGV無(wú)線智能分揀小車在智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤場(chǎng)地上運(yùn)行并按要求完成自主搬運(yùn)作業(yè)。2.任務(wù)說(shuō)明：（1）比賽要求參賽隊(duì)員須根據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)分揀搬運(yùn)任務(wù)要求，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)編寫程序并配置任務(wù)清單，使小車能夠在程序的控制下自動(dòng)完成賽題所規(guī)定的智能倉(cāng)儲(chǔ)貨物分揀和搬運(yùn)任務(wù)。本任務(wù)要求選手在5分鐘內(nèi)完成，測(cè)試時(shí)超過(guò)5分鐘完成的任務(wù)以0分計(jì)入本任務(wù)總成績(jī)。（2）沙盤地圖根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)置倉(cāng)儲(chǔ)沙盤如圖17所示，尺寸規(guī)格為長(zhǎng)3000mm，寬2000mm，離地高度為600mm，周邊用透明圍欄防止小車跌落。整個(gè)沙盤分為四個(gè)區(qū)域：出發(fā)區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、終點(diǎn)區(qū)、卸貨區(qū)。按編號(hào)1-6設(shè)置六個(gè)貨架，每個(gè)貨架為3×3結(jié)構(gòu)，即上下三層，每層擺放三個(gè)貨物（場(chǎng)地中間的貨架是兩排貨物，共六個(gè)），每個(gè)貨物均貼有商品二維碼（朝向外側(cè)擺放），見(jiàn)圖17-2，小車通過(guò)機(jī)械手抓貨物前需通過(guò)二維碼識(shí)別貨品。圖17-1中，小車行駛賽道寬度為500/700mm；循跡磁導(dǎo)引線寬度為30mm。沙盤任務(wù)測(cè)試時(shí)將小車擺放在沙盤的“出發(fā)區(qū)”，根據(jù)賽題任務(wù)進(jìn)入“倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)”經(jīng)過(guò)各個(gè)貨架由機(jī)械手取出物品，放置在小車的貨箱上，任務(wù)完成后行駛到“終點(diǎn)區(qū)”，小車與卸貨平臺(tái)握手通信后，自動(dòng)將車載裝有貨物的電動(dòng)貨箱推送到卸貨平臺(tái)上。傳送帶的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信上傳至上位機(jī)，上位機(jī)軟件記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)。圖17-1智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤地圖（示意圖）圖17-2智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤地圖（貨架示意圖）（3）沙盤任務(wù)圖18智能倉(cāng)儲(chǔ)沙盤實(shí)物貨品分揀任務(wù)說(shuō)明：要求小車在規(guī)定時(shí)間（5分鐘）內(nèi)，分別在1，2，3-1，3-2，4-1，4-2，5，6號(hào)貨架內(nèi)取回編號(hào)（編號(hào)為3位阿拉伯?dāng)?shù)字，位數(shù)不足的在前面添0，例如58號(hào)編號(hào)為058，其余以此類推）如表3所示的貨物（位圖見(jiàn)圖17-2），其中存在一定數(shù)量擺放貨物的二維碼與給定任務(wù)不一致，選手識(shí)別但不取回，在該貨物識(shí)別后需控制蜂鳴器長(zhǎng)鳴1S，具體不一致的擺放貨物數(shù)量以比賽現(xiàn)場(chǎng)擺放的貨物為準(zhǔn)，選手自行識(shí)別判斷后完成比賽任務(wù)。比賽根據(jù)貨物取回?cái)?shù)量及任務(wù)完成度進(jìn)行評(píng)分。選手練習(xí)時(shí)，59號(hào)貨物的二維碼與給定任務(wù)不一致，測(cè)試時(shí)由裁判現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定一定數(shù)量編號(hào)貨物的二維碼與編號(hào)不一致，由選手自行判斷，要求選手在測(cè)試時(shí)不取回實(shí)際放置的貨物二維碼與編號(hào)不一致的貨物。表3可能需要取回的貨物編號(hào)序號(hào)貨架號(hào)物品號(hào)1159227233-12544-13054-2526597616（4）測(cè)試過(guò)程各參賽隊(duì)完成編程與任務(wù)設(shè)置后，需向場(chǎng)地裁判示意準(zhǔn)備就緒，按裁判指令進(jìn)入測(cè)試等待區(qū)候場(chǎng)，為確?，F(xiàn)場(chǎng)無(wú)線通信可靠，等候時(shí)關(guān)閉小車無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或關(guān)閉小車電源。在裁判要求準(zhǔn)備時(shí)，隊(duì)員打開(kāi)小車電源，使小車接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，確保與上位機(jī)通信正常。1）開(kāi)始測(cè)試：根據(jù)裁判指令，一名隊(duì)員將小車放置于出發(fā)區(qū)，裁判確認(rèn)擺放位置無(wú)誤后，發(fā)出“開(kāi)始”指令，參賽隊(duì)員由上位機(jī)啟動(dòng)任務(wù)，任務(wù)計(jì)時(shí)也同時(shí)開(kāi)啟。2）小車通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接收啟動(dòng)指令開(kāi)始自主行走，找到目標(biāo)貨架及相應(yīng)貨物，用機(jī)械臂抓取到電動(dòng)貨箱內(nèi)。3）貨物收集完畢后，小車需行駛至終點(diǎn)區(qū)，使用電動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)將貨箱推送至卸貨平臺(tái)上。4）完成任務(wù)后，小車不必再移動(dòng)。5）每個(gè)參賽隊(duì)可以連續(xù)測(cè)試兩輪賽項(xiàng)任務(wù)，每輪測(cè)試最長(zhǎng)為5分鐘（一旦超出，參賽隊(duì)員需取回小車終止該輪任務(wù)），計(jì)時(shí)區(qū)間從“發(fā)出小車啟動(dòng)