全国电子设计大赛报告一等奖
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自动搬运机器人王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2(1.电子信息工程系学生,2.电子信息工程系教师)【摘要】本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线,我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线,并利用Atmel 公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。
,将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。
以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径,藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转,使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。
目的是在于让车子达到最佳效能之后,参加比赛为最终目的。
自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。
该设计集检测,微控等技术为一体,运用了数电、模电和小系统设计技术。
该设计具有一定的可移植性,能应用于一些高难度作业环境中。
【关键词】自动搬运;黑线检测;时间显示。
1.系统方案选择和论证1.1 系统基本方案根据要求,此设计主要分为控制部分和检测部分,还添加了一些电路作为系统的扩展功能,有电动车每一次往返的时间(记录显示装置需安装在机器人上)和总的行驶时间的显示。
系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。
信号检测部分包括黑线检测模块。
系统方框图如图1.1.1图1.1 系统方框图1.2各模块方案的比较与论证(1)控制器模块根据设计要求,控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。
方案一:采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。
方案二:采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件的核心。
AT89S52单片机作为系统控制器。
它的功耗低,技术成熟,成本低,引脚较少,硬件布线简单,并且与51系列单片机兼容,AT89S52作为处理传感器传来的信号和控制转电动机的正反转以及数码管显示的核心部件,这样的设计不仅可以降低成本,还可以使系统更加稳定。
全国电子设计大赛报告一等奖一、选题背景和目的近年来,随着信息技术的快速发展,电子设计在各个领域得到了广泛应用。
电子设计大赛作为展现学生电子设计能力和创新思维的舞台,对于培养学生的综合技能和创新精神具有重要意义。
本次选题旨在设计一款智能家居控制系统,通过利用物联网技术将家电设备连接到一起,实现远程控制和智能化管理,提高家居生活的便捷性和舒适度。
二、设计思路智能家居控制系统主要包括三个部分:传感器节点、控制中心和手机客户端。
其中,传感器节点用于感知环境信息,将其传输给控制中心;控制中心负责接收传感器数据、处理控制指令,并向相应的家电设备发送指令;手机客户端作为用户界面,用于实现用户对家电设备的远程控制和管理。
本次设计选择的传感器节点主要包括温度传感器、湿度传感器和人体红外传感器。
温度传感器用于实时感知环境温度,湿度传感器用于感知环境湿度,人体红外传感器则用于感知人体的存在与否。
在控制中心方面,使用单片机作为主控制芯片,通过串口通信模块与传感器节点和手机客户端进行数据交互。
当控制中心接收到温度传感器和湿度传感器的数据时,会根据用户事先设置的温度和湿度范围来控制空调和加湿器开关状态。
同时,当红外传感器检测到有人在家时,控制中心会自动打开照明系统。
手机客户端则通过与控制中心的无线通信模块进行连接,实现远程控制和智能化管理。
用户可以通过手机客户端设置温度、湿度、照明等参数,也可以实时查看家居环境数据。
三、设计过程本次设计过程中,首先进行了技术调研和需求分析。
在技术调研中,对物联网技术、传感器和控制芯片进行了深入了解,帮助确定最合适的技术解决方案。
在需求分析中,了解用户对智能家居系统的需求和期望,确定了系统的功能和性能指标。
接下来进行了硬件设计和软件开发。
硬件设计方面,根据系统需求选取了合适的传感器和控制芯片,并进行了电路设计、原理图绘制和PCB设计。
软件开发方面,采用C语言编写控制中心程序,并使用Android开发工具进行手机客户端的开发。
全国电子设计大赛报告 Hessen was revised in January 20212013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置(C题)【本科组】摘要:通过对该测控系统结构和特点的分析,结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。
通过采集的角度值与平衡位置进行比较,使用PD算法,从而达到控制电机的目的。
其工作过程为:角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D采样后反馈给主控制器。
控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理,从而对电机的转动做出调整,进行可靠的闭环控制,使用按键调节P、D 的值,同时由显示模块显示当前的P、D值。
关键字:倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法目录一、设计任务与要求1 设计任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及控制装置。
旋转倒立摆的结构如图1所示。
电动机A固定在支架B上,通过转轴F驱动旋转臂C旋转。
摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端,当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时,带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
如下图所示2 设计要求基本要求:①摆杆从处于自然下垂状态开始,驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动,并尽快使摆角达到或超过﹣60°~+60°;②从摆杆处于下垂状态开始,尽快增大摆杆的摆动幅度,直至完成圆周运动;③在摆杆处于自然下垂状态下,外力拉起摆杆至接近165°位置,外力撤出同时,启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s;期间旋转臂的转动不大于90°。
发挥部分:①从摆杆处于自然下垂状态开始,控制旋转臂作往复旋转运动,尽快使摆杆摆起倒立,保持倒立时间不少于10s;②在摆杆保持倒立状态下,施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内回复倒立状态;③在摆杆保持倒立状态的前提下,旋转臂作圆周运动,并尽快使单方向转过角度达到或超过360°。
题目:开关稳压电源(E题)摘要本设计综合考虑题目基本部分和发挥部分的指标要求,系统采用简单的boost 升压电路作为DC-DC变换器主电路;PWM控制器采用低压型专用集成芯片UC3843; 主开关管采用IRF540;由内置12位A/D、D/A的高性能、低功耗单片机C8051F021组成系统测控与显示单元,采用液晶显示器作为系统的状态和运行数据显示屏。
通过实际测试,作品的性能指标中,输出纹波完全达到了要求;电压调整率,整体效率,负载过流故障排除后自恢复功能,输出电压键控1V步进,电流、电压实时测量及数显功能等几项指标达均到了发挥部分要求;负载调整率也接近发挥部分指标要求。
另外,系统还增加了实时输出功率数据显示和负载过流状态下的声、光报警等实用功能。
一、引言为了满足题目发挥部分规定的电压调整率、负载调整率以及效率等几项指标要求,我们在设计中主要是尽量减少辅助控制电路的损耗。
通过单片机和脉宽调制电路来稳定输出电压,并通过单片机的控制实现对整个电路的过流保护功能,排除过流故障后,电源能自动恢复为正常工作状态。
同时,当输出电压与设定电压误差较大时,单片机能对输出电压进行一定调节,以提高负载调整率;通过单片机实现了输出电压的键盘设定和步进调整(步进为1V)。
系统具有测量和数字显示输出电压、电流的功能。
此外,还增加了实时输出功率测量与显示、在输出过流的时候系统发出声、光报警信号等功能。
二、方案论证与比较1.DC-DC主回路拓扑方案论证方案一:采用变压器升压的隔离型PWM直流-直流变换器电路,此电路效率较低,开关辐射/纹波较大,电路较复杂。
方案二:采用非隔离型BOOST升压电路,控制电路用专用集成芯片UC3843A,这种电路使用的外部原件最少、调试容易、成本低、效率高。
因此,采用此种方案。
2. 控制方法及实现方案方案一:采用电压型脉宽调制技术,产生频率固定,脉冲宽度可调整的方波脉冲,采用电压反馈环控制系统,它的反馈信息取自输出电压,用反馈电压调整控制器的输出脉冲宽度,改变脉冲占空比,实现开关电源的稳定。
电子设计大赛(5篇)电子设计大赛(5篇)电子设计大赛范文第1篇乐观培育我系同学的专业爱好和创新意识,提高同学综合运用高级语言程序设计、数据结构、算法分析与设计等课程学问的力量,全面促进同学成长成才,进一步优化我系学风。
【大赛主题】科技点亮青春,思维制造奇迹。
【组织机构】组长:王义学副组长:鲍祖尚贺恩格成员:刘红平、彭高丰、张克新、李小花、宋碧慧、系同学会学习部【参赛对象】电子信息工程系全体同学【报名时间及方式】1、报名时间:XX年5月30日—XX年6月3日。
2、报名方式:各班同学到本班学习委员处报名,再由学习委员统计本班参赛同学的名单,于6月3日下午将报名表交至系同学会办公室(即中栋133)。
【竞赛时间与地点】1. 竞赛时间:6月14日下午14:00。
2. 竞赛地点: 446、340机房【竞赛规章】1、竞赛试题:题量为5题,中文形式;2、竞赛限时3个小时,若竞赛期间由于机器故障等缘由导致不能正常答题,组委会将依据详细状况为受影响选手适当延长竞赛时间。
超过参赛时间不准答题,留在座位上统一处理好,经评委老师允许方可离开;3、竞赛过程中,不得抄袭、剽窃,不准携带任何媒介资料;参赛选手不得和其他选手交谈及共享任何资料;4、竞赛期间,全部参赛者必需关闭手机,违者取消竞赛资格。
5、竞赛直接进行决赛,没有初赛和复赛。
6、作品提交:竞赛任务完成或时间到之时,各选手必需将所写程序及程序文件放入以自己“姓名+学号”命名的文件夹中,提交到指定处以便评委评分;未提交或提交不全者后果自负。
【竞赛流程】一、开幕式1、时间:XX年6月7日2、地点:第一试验楼104教室3、邀请嘉宾:教务处、系领导及专业老师4、详细支配:(1)、竞赛要求及方案介绍(2)、相关考试操作演示说明(3)、参赛表发言(4)、专业老师发言二、闭幕式1、时间:XX年6月21日下午14:302、地点:五楼学术报告厅3、详细支配(1)、公布竞赛结果(2)、颁发奖金和荣誉证书(3)、获奖同学发言(4)、同学会学习部总结(5)、领导总结【竞赛评判标准】1、邀请计算机相关专业的领导及老师作为本次大赛的评委。
全国电子设计大赛报告61.引言文章1.1 概述:本文是关于全国电子设计大赛报告的第六篇,将介绍我们参赛队伍在比赛中的表现和项目设计与实现情况。
文章将从参赛队伍的介绍开始,然后详细介绍我们的项目设计与实现过程,以及项目的创新点与亮点。
最后,我们将总结比赛的收获与经验,并展望未来的发展,同时表达感言与致谢。
通过本文,希望能够向读者展示我们在全国电子设计大赛中的精彩表现和深刻体会。
1.2 文章结构:本文分为三个部分,分别为引言、正文和结论。
引言部分将对全国电子设计大赛进行概述,并介绍文章的结构和目的。
正文部分包括参赛队伍介绍、项目设计与实现以及创新点与亮点的分析。
结论部分将总结比赛的收获与经验,展望未来发展,并致以感言和致谢。
通过三个部分的内容,读者将对全国电子设计大赛和本文的主要内容有一个清晰的了解。
1.3 目的本报告的目的是全面总结和分析参加全国电子设计大赛的经历和成果。
我们将介绍参赛队伍的背景和参赛情况,详细描述项目的设计与实现过程,突出创新点和亮点,并从比赛中获得的经验和收获进行总结和展望未来发展方向。
通过本报告的撰写,我们希望能够向读者展示我们的团队实力和创新能力,同时也能够对全国电子设计领域的发展做出一定的贡献。
同时,也对支持和帮助我们的人员和机构表示感谢。
2.正文2.1 参赛队伍介绍参赛队伍介绍部分:我们参加了今年全国电子设计大赛,我们的队伍由一群对电子设计充满热情和创造力的年轻人组成。
我们的团队成员来自不同的专业背景,包括电子工程、计算机科学和通信工程等领域。
我们团队的优势在于团结合作、互相补充、共同成长。
我们队伍的成员都对电子设计有着深厚的兴趣,经过长时间的合作和讨论,我们终于确定了参赛项目并开始了项目的设计与实现。
在整个比赛过程中,我们团队密切合作,相互协助,不断突破自我,克服困难,最终呈现出了我们项目的亮点和成果。
我们对于参与比赛有着极大的热情和信心,希望通过这次比赛展现我们的实力和创新能力。
. -全国大学生电子设计竞赛2012年TI杯模拟电子系统专题邀请赛设计报告参赛题目:高效LED驱动电路(A题)参赛对号:xxx参赛选手:xxx参赛地点:xxx参赛时间:2012-8-28~2012-8-29. - 优质文档-2012-8-29摘要:本文主要介绍基于MSP430G2553的高效LED驱动电路的系统设计。
该设计的LED驱动主回路是以TI公司的DC/DC升压芯片TPS61040为核心的恒流源电路,通过MSP430G2553对恒流源电路的给定控制,实现对LED电流的准确设定。
为了实现延长断电后的恒流延续时间,我们采用单独的TPS61040做自供电升压稳压电源,为单片机提供稳定的、更长时间的工作电压。
为了方便设定值的读取,综合考虑系统的设计成本,采用两位数码管显示设定电流值。
最终,通过设置超级功耗单片机的低功耗模式进入断电期,真正实现了高效的LED驱动。
关键字:高效LED驱动msp430 低功耗1.系统方案论证1.1供电方案论证方案一:该方案是指只用一片TPS61040为整个系统提供电源,包括五颗白光LED、MSP430单片机、显示模块等。
由于TPS61040的输入电压低至1.8V,所以当断电后电容电压可以跌到1.8V单片机仍然能够获得足够的工作电压。
该方案的优点在于只用一片芯片,可以在较低的输入电压工作。
缺点是输入电压不是最低的,输出电压的X围太宽。
方案二:该方案指的是用两片TPS61040作为电源,其中一片单独为五颗LED做恒流使用,另外一片将输入电压升高后,提供给LED的恒流输入和单片机。
为了使升压电路的工作电压更低,采用自供电方式,即使用升压的输出电压为升压芯片供电。
这样可以再电容电压低至更低值时保证系统的正常工作,进一步延长断电延续时间。
还能为单片机提供一个相对稳定、合适的工作电压。
缺点是由于升压电路的加入,系统的效率会有所降低、成本会提高。
本设计采用后者方案,原因在于在对第一种方案测试之后发现:五颗LED 的供电电压远高于单片机的工作电压,导致必须加入降压稳压拓扑,不可行。
吉林省大学生电子设计竞赛智能电动小车方案设计报告2012.9.6摘要本题目是采用MC9S12XS128单片机为智能小车的核心,坦克车体模型为载体,该智能小车具有红外循迹,光电对管避障,L298电机驱动等功能。
首先是由单片机产生周期性的PWM波,控制全桥驱动芯片L298N驱动2个直流电机来控制智能小车的转速和方向。
小车给电后,首先执行声音口令让小车启动,并进行语音提示,然后通过利用红外对管对一区黑线进行检测,进入二区与进入三区时对标志线1、2进行捕捉,信号通过单片机分析与处理后,输出PWM波控制小车行驶轨迹,进而实现小车的前进、后退、左转、右转,并安全倒库;进入三区时用光电开关检测障碍物,当光电开关对障碍物进行扫描之后有一个返回值时,并通过调节PWM的占空比进行转弯避障。
对于小车的制作主要有硬件的焊接组装(红外对管循迹模块,电源模块,语音芯片外接电路等)、软件编程和调试(CodeWarrior Development Studio for S12(X) V5.0),整个过程中涉及到焊接工艺、单片机接口知识和C语言编程,飞思卡尔MC9S12XS128芯片外设电路等。
小车的最终效果能够在行车道上行驶一圈,实现定点停车(不超过3秒)、能进行声光提示,整个规定动作的时间不大于4分钟。
关键字:MC9S12XS128 L298N驱动红外检测无线通信细分器激光引言随着传感器技术和自动控制技术的飞速发展,机械、电气和电子信息已经不再明显分家,自动控制在工业领域中的地位已经越来越重要,“智能”这个词也已经成为了热门词汇。
作为机械行业的代表产品---汽车,其与电子信息产业的融合速度也显著提高,呈现出两个明显的特点:一是电子装置占汽车整车的价值量比例逐步提高,汽车将由以机械产品为主向高级的机电一体化方向发展,汽车电子产业也很有可能成为依托整车制造业和用车提升配置而快速成为新的增长点;二是汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展,使其不仅作为一种代步工具、同时能具有交通、娱乐、办公和通讯等多种功能。
电子设计竞赛总结电子设计竞赛过去一个月了,应学校要求同时也是想对这次比赛做一个自我总结,故作此文。
先回顾一下这整个过程吧,确切的讲电子设计竞赛应该从五月份的校内选拔赛就开始算起了,记得当时准备参加比赛并交了作品的有很多队的,校内选拔之后就只剩下20多个队了。
期末考试结束数学建模培训结束之后就开始电子设计竞赛的培训了,每天泡在实验室里面,一点一点不断地学习着进步着。
通过一个假期的准备,基本具备了参加比赛的能力,至少觉得已经把可能会用到的工具软件模块都学会使用了。
然后开始了一个四天那么长的比赛过程,选题、整体框架的构思、具体到每个模块的实现、各个模块的调试、整体的调试、撰写报告、装箱。
再之后是现场测试、再之后是综合测评。
这些过程我们这个队走过的,只差着最后的天津比赛了,有点遗憾有点不甘,更多的则是痛定思痛的自我反思。
细细的来讲一下每一个过程吧。
校内的选拔赛,没有很高的要求,只要是一心想好好参加比赛的队伍稍微用心一点都可以通过,毕竟学生想参加比赛学院那边是不会阻挠的。
因此这个选拔赛不需要你之前就具备很高的电子设计水平,更多的是需要你下定决心好好参加比赛,一个队伍花那么一两天的时间认真做一个作品就能够获得参加比赛的资格了。
就这次选拔赛,我们小组做的是一个简易的电子琴,使用51单片机作为核心控制器,由于电路简单并且那个时候我们还不具备制作印制电路板能力,因此就用万用板直接搭建了。
功能不算复杂,但是已经算是一个完整的电子琴系统了,内置歌曲、弹奏、录音等功能都有了。
暑假的培训十分重要,大部分的队伍都是之前没有参加过电子设计大赛甚至是没怎么接触过电子设计的,仅有点一点电路的知识也仅限于理论,很多东西都没有实际应用过。
同时暑假的培训也是培养一个队伍团队默契的好时机。
队伍和个人都可以在这个假期得到很好的锻炼,整个假期下来会突然发觉之前不知道的东西都学会了,从电路设计、画电路板、制板、焊接、调试都有很大的提高。
最重要的是通过这个培训过程,队伍中各个成员的分工也渐渐的明确了,队伍的侧重方向也渐渐明显了,这点也十分重要。
目录
一、山东科技大学-单工无线呼叫系统1
二、海军航空工程学院-悬挂运动控制系统1
三、中国海洋大学-悬挂运动控制系统(1>1
四、中国海洋大学-悬挂运动控制系统(2>1
五、山大学-集成运放参数测试仪(1-1>1
六、山东大学-数控直流电流源(1-2>1
七、山东大学-悬挂运动控制系统(2-1>1
八、山东大学-数控直流电流源(2-2>1
九、山东大学-悬挂运动控制系统(2-3>1
一、山东科技大学-单工无线呼叫系统
二、海军航空工程学院-悬挂运动控制系统
三、中国海洋大学-悬挂运动控制系统(1>
四、中国海洋大学-悬挂运动控制系统(2>
五、山大学-集成运放参数测试仪(1-1>
六、山东大学-数控直流电流源(1-2>
七、山东大学-悬挂运动控制系统(2-1>
八、山东大学-数控直流电流源(2-2>
九、山东大学-悬挂运动控制系统(2-3>
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凌阳科技大学计划刘传登整理。
2019年全国大学生电子设计竞赛XXX控制系统(A/B/C/D/E/F/G/H题)2019年8月日摘要(小四、宋体,300字以内)关键词:脉宽;脉冲;数显;电容(小四、宋体)XXX控制系统(A/B/C/D/E/F/G/H题)【本科/高职组】一、系统方案本系统主要由单片机控制模块、XXX模块、XXX模块、电源模块组成,下面分别论证这几个模块的选择。
1、主控制器件的论证与选择1.1.1控制器选用单片机比较方案一:采用传统的51系列单片机。
XXXXXX.方案二:采用以增强型80C51内核的STC系列单片机XXXXXX通过比较,我们选择方案二。
1.1.2控制系统方案选择方案一:采用在面包板上搭建简易单片机系统在面包板上搭建单片机系统可以方便的对硬件做随时修改,也易于搭建,但是系统连线较多,不仅相互干扰,使电路杂乱无章,而且系统可靠性低,不适合本系统使用。
方案二:自制单片机印刷电路板自制印刷电路实现较为困难,实现周期长,此外也会花费较多的时间,影响整体设计进程。
不宜采用该方案。
方案三:采用单片机最小系统。
单片机最小系统包含了显示、矩阵键盘、A/D、D/A等模块,能明显减少外围电路的设计,降低系统设计的难度,非常适合本系统的设计。
综合以上三种方案,选择方案三。
2、XXXX的论证与选择方案一:XXX。
XXXX方案二:XXX。
XXXX方案三:XXX。
XXXX综合以上三种方案,选择方案三。
3、控制系统的论证与选择方案一:XXX。
XXXX方案二:XXX。
XXXX综合考虑采用XXXXX。
二、系统理论分析与计算1、XXXX的分析(1)XXXXXXX(2)XXXXXXX(3)XXXXXXX2、XXXX的计算(1)XXXXXXX(2)XXXXXXX(3)XXXXXXX3、XXXX的计算(1)XXXXXXX(2)XXXXXXX(3)XXXXXXX三、电路与程序设计1、电路的设计(1)系统总体框图系统总体框图如图X所示,XXXXXX图X 系统总体框图(2)XXXX子系统框图与电路原理图1、XXXX子系统框图图X XXXX子系统框图2、XXXXX子系统电路图X XXXX子系统电路(3)XXXX子系统框图与电路原理图1、XXXX子系统框图图X XXXX子系统框图2、XXXXX子系统电路图X XXXX子系统电路(4)电源电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。
全国大学生电子设计竞赛—设计总结报告字体要求全国大学生电子设计竞赛—设计总结报告字体要求设计总结报告字体要求一级标题:小二号黑体,居中占五行,标题与题目之间空一个汉字的空。
二级标题:三号标宋,居中占三行,标题与题目之间空一个汉字的空。
三级标题:四号黑体,顶格占两行,标题与题目之间空一个汉字的空。
四级标题:小四号粗楷体,顶格占一行,标题与题目之间空一个汉字的空。
标题中英文字体均采用“TimesNewRoman”,字号同标题字号。
(此处为四号字)四级标题以下的分级标题:五号标宋。
图序、图题:小五号宋体,居中排于图的正下方。
表序、标题:小五号黑体,居中排于表的正上方。
图和表中的文字:六号宋体。
表格四周封闭,表跨页时另起表头。
图和表的注释、注脚:六号宋体。
数学公式居中排,公式中字母正斜体和大小写前后要统一。
扩展阅读:202*年全国大学生电子设计竞赛设计报告的评分标准分析202*年全国大学生电子设计竞赛设计报告评分标准分析设计总结报告的评分标准分析项目方案设计与论证(14分)理论计算(14分)电路图及设计文件(6分)测试方法与数据(9分)结果分析(4分)设计总结报告的工整性(3分)总分内容方案比较正确性优良程度满分4648642441评分备注完成程度正确性完整性规范程度方法正确性数据完整性测试仪器(型号)4350参考官方全国大学时电子设计竞赛教程一、电子设计竞赛设计总结报告评分标准和组成1.设计总结报告的评分标准全国大学生电子设计竞赛作品由基本制作部分、发挥制作部分和设计总结报告3部分组成,总分150分设计总结报告是电子设计竞赛作品的一个重要组成部分,占总分的1/3,即50分。
注意:从202*年开始有一个变化,不同赛题的设计总结报告的评分项目和评分标准是不同的。
从202*年开始,竞赛分为本科组和高职高专组分别出题进行比赛,高职高专组的设计总结报告为20分。
从202*年开始,本科组的设计总结报告为30分。
今年的具体评分要求参考本届赛题要求。
题目名称:开关电源模块并联供电系统(A题)摘要开关电源模块并联供电系统是采用8位Atmega88的开关电源,主电路采用LM2576和LM2596作为两块并联的开关电源。
LM2576作为恒压源,LM2596作为恒流源。
该两块开关电源保证系统的效率,电流电压调整率和输出精度要求。
系统具有限流保护功能,HD7279键盘输入输出等多种功能。
该系统主要采用硬件反馈调节,调整能力强,使单片机负载小。
本系统功能完善,在支路在0.5-2A输出范围内,干路电流输出范围使1-4A其分压比由外界输入。
由AD采用,读出干路电流,经数字电位器调整恒流源工作状态,使其自调整实现固定分压比,并且电流精度满足在百分之五以内。
关机或过流保护收后,具有可以记忆参数、自恢复功能。
AbstractSwitching power supply modules in parallel power supply system is the use of 8-bit Atmega88 switching power supply, the main circuit LM2576 and LM2596 as two parallel switching power supply. LM2576 as the voltage source, LM2596 as a constant current source. The two switching power supply to ensure efficiency of the system, current and output voltage regulation accuracy requirements. System has a current limit protection,HD7279 keyboard input and output functions. The system uses hardware feedback regulation, adjust the ability to make a small single-chip load.The system is functional, the branch in the output range of 0.5-2A, distributors current output range 1-4A the partial pressure than by the external input. Used by the AD, to read out the current trunk, the digital potentiometer to adjust the current source working condition, to self-adjust to achieve a fixed partial pressure ratio, and accuracy to meet the current five percent or less. After closing down or over-current protection, with memory parameters can be, since the recovery.1 方案论证与比较 (3)1.1系统方案论证 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2013年全国大学生电子设计竞赛简易旋转倒立摆及控制装置(C题)【本科组】摘要:通过对该测控系统结构和特点的分析,结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。
通过采集的角度值与平衡位置进行比较,使用PD算法,从而达到控制电机的目的。
其工作过程为:角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D采样后反馈给主控制器。
控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理,从而对电机的转动做出调整,进行可靠的闭环控制,使用按键调节P、D的值,同时由显示模块显示当前的P、D值。
关键字:倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法目录一、设计任务与要求 (4)1 设计任务 (4)2 设计要求 (4)二系统方案 (5)1 系统结构 (5)2 方案比较与选择 (5)(1)角度传感器方案比较与选择 (5)(2)驱动器方案比较与选择 (6)三理论分析与计算 (6)1 电机的选型 (6)2 摆杆状态检测 (6)3 驱动与控制算法 (7)四电路与程序设计 (7)1 电路设计 (7)(1)最小系统模块电路 (7)(2)5110显示模块电路设计 (8)(3)电机驱动模块电路设计 (9)(4)角位移传感器模块电路设计 (9)(5)电源稳压模块设计 (9)2 程序结构与设计 (10)五系统测试与误差分析 (11)5.1 测试方案 (11)5.2 测试使用仪器 (11)5.3 测试结果与误差分析 (11)6 结论 (12)参考文献 (12)附录1 程序清单(部分) (13)附录2 主板电路图 (18)附录3 主要元器件清单 (19)一、设计任务与要求1 设计任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及控制装置。
旋转倒立摆的结构如图1所示。
电动机A固定在支架B上,通过转轴F驱动旋转臂C旋转。
摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端,当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时,带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。
如下图所示2 设计要求基本要求:①摆杆从处于自然下垂状态开始,驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动,并尽快使摆角达到或超过﹣60°~+60°;②从摆杆处于下垂状态开始,尽快增大摆杆的摆动幅度,直至完成圆周运动;③在摆杆处于自然下垂状态下,外力拉起摆杆至接近165°位置,外力撤出同时,启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s;期间旋转臂的转动不大于90°。
发挥部分:①从摆杆处于自然下垂状态开始,控制旋转臂作往复旋转运动,尽快使摆杆摆起倒立,保持倒立时间不少于10s;②在摆杆保持倒立状态下,施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内回复倒立状态;③在摆杆保持倒立状态的前提下,旋转臂作圆周运动,并尽快使单方向转过角度达到或超过360°。
二 系统方案1 系统结构系统包括MC9S12XS128单片机;直流电机和电机驱动模块;角位移传感器。
由直流电机来控制旋转臂转动从而来使摆杆摆动,在摆杆的转轴处加上角位移传感器,使摆杆一开始能快速得摆动出来,并且能保持倒立的状态,框图如下:2 方案比较与选择(1) 角度传感器方案比较与选择方案①选择角位移传感器:角位移传感器它采用非接触式专利设计,与同步分析器和电位计等其他传统的角位移测量仪相比,有效地提高了精度。
方案②选择陀螺仪:陀螺仪传感器最主要的特性是它的稳定性和进动性。
它是用来感测和维持方向的装置,主要用在航空来判断方向,在此次设计中想到用陀螺仪来控制摆杆角度,但判断比较复杂,不实用。
因此我们选择角位移传感器。
(2)驱动器方案比较与选择方案①选择L298:L298工作电压为12V,电流到2A。
但是它的驱动能力弱,不满足我们的需求。
方案②选择BTN7971:相对于L298,这款驱动器有着跟强大得驱动能力。
它与单片机5V隔离保护单片机;它的PWM1,PWM2最高支持15V,此驱动集成的模块反应迅速,发热量小。
因此我们选择BTN7971。
三理论分析与计算1 电机的选型一开始我们选择步进电机:步进电机可以实现开环控制,即通过驱动器信号输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制,无需反馈信号。
它可以旋转极小的角度,从而实现倒立摆的功能。
但我们实际操作起来转速比较慢,加上旋转臂等后速度缓慢。
后来选择直流电机:通过直流电机来带动旋转臂,从而带动摆杆。
直流电机控制简单,只要加上合适的电压就会转,转速相比步进电机更快,比较适合本题的要求,而且更适用于PD算法,便于摆杆保持倒立状态。
2 摆杆状态检测摆杆状态的检测主要要用角位移传感器,然后通过芯片内置AD每隔0.5ms 读取到数据,再将数据转化成角度,通过PID算法调节电机直立效果。
假如当摆杆在倒立状态时,然后用手往右旋转一个角度后松手(采用PD算法,当偏离平衡角度越大,则PD反馈给电机占空比的值就越大),角位移传感器则将角度信号传给AD,再通过PID算法给芯片,让电机向右旋转,使摆杆能保持倒立的状态。
3 驱动与控制算法摆杆的运动时一个连续变化的过程,旋转的变化也是一个连续渐变的过程。
在连续的闭环控制系统中,按偏差,比列,微分,积分进行的PID控制技术一种应用最广泛的控制方式。
他具有庞简单,易于实现,适用面广等一系列优点。
连续PID控制器也称比列—积分—微分指控器,即过程控制是按误差的比列,积分和微分对系统进行控制。
PID算法的控制数学模型为:本程序采用PD控制,能够加大系统的反应速度。
四电路与程序设计1 电路设计(1)最小系统模块电路此次设计我们采用MC9S12XS128单片机,它是一款增强型16位单片机,该单片机采用CPU12X V2内核,可运行在40MHz总线频率上。
存储器:128KB FLASH;2KB EEPROM;8KB RAM 。
A/D:16通道模数转换器;可选8位,10位和12位精度。
PWM:8位9通道或16位4通道PWM。
所有考虑用此芯片为最小系统。
(2)5110显示模块电路设计5110显示屏是一款经典的机型,它的性价比高,可以显示15个汉字,30个字符。
价格便宜。
接口就四根I/O即可驱动,速度快。
用它来显示PID的P和D的数值。
其按键1为选择参数,按键2为增加参数值,按键3为减少参数值,按键4为启动键,如下图所示。
(3)电机驱动模块电路设计此次倒立摆的旋转臂由直流电机控制旋转,通过BTN7971驱动器来驱动。
BTN7971内部包含2通道逻辑驱动电路,可以方便的驱动直流电机。
BTN7971的供电电压典型值为7.2V ,电流为1A 。
BTN7971驱动模块连线为:VCC 接5V 给芯片供电;EN 端接高电平使能;P1/P5为PWM 占空比控制与单片机连接;OUT1/2连接直流电机。
(4)角位移传感器模块电路设计该WDS35D 传感器采用特殊形状的转子和绕线线圈,模拟线性可变差动传感器的线性位移,有较高的可靠性和性能,转子轴的旋转运动产生线性输出信号,围绕出厂预置的零位移动±60度。
此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。
转子的非接触式电子耦合使传感器具有无限的分辨率,即绝对测量度可达到零点几度。
用高精度角位移传感器WDS35D 来采集摆杆的运动信号,本系统采用一个角度传感器装在转轴上。
这样可以控制电机精确的转动。
只需给传感器一个5V 的电压,当使摆杆摆动时,转轴会转动,传感器也会随着转轴转动并且输出一系列连续变化的模拟值。
可以将该模拟值直接送给单片机内部的AD 进行采样再用数学拟合算法曲线处理之后控制电机转动。
采集电压:5*1024ad V =; 3605*θ=V 。
由这两个公式推算出360*1024ad =θ(5)电源稳压模块设计如下图为电源稳压模块,可以产生稳定的5V 的电压来供电。
角度信号 电压信号数字信号2 程序结构与设计开始超频,初始化端口5110初始化,清屏For(;;)按键扫描参数修改显示P,D值五系统测试与误差分析5.1 测试方案①硬件检测:采用数字万用表对电路板连接情况测试。
②基础部分检测:基础部分的三个要求。
③发挥部分检测:发挥部分的三个要求。
5.2 测试使用仪器量角器,数字万用表VC890D,示波器DS2101,秒表。
5.3 测试结果与误差分析③摆杆处入自然下垂状态,外力拉起摆杆接近165°,摆杆保持倒立不少于5s,④摆杆处入自然下垂状态,然后尽快让摆杆倒立并保持10s以上,观察所需时PD值未调好6结论本系统以单片机为核心部分,根据角度传感器采集来的信息,经计算得出数据来控制直流电机转动,从而达到系统的基本要求。
在系统设计中,力求硬件线路简单,充分发挥软件编程灵活的特点,来满足系统设计的要求。
因为时间有限,该系统还有许多值得修改的地方;比如对此系统来讲,PID算法并不是最优算法;硬件电路的设计还需优化,以减小系统的阻力等等。
因此,系统还有待改进。
在这段时间内的试验过程中,我们遇到过许多的问题,需要我们自己去考虑,去动手,去解决。
平时我们多是时间只是在学习理论知识,在准备比赛和进行比赛这段时间内,我们将平时课本上学习的知识真正的运用到实践中,经过此次竞赛我们认识到了团队合作的重要性,充分领会了大赛的精神,全队每个成员均得到宝贵的创作经验。
参考文献[1]大学生电子设计竞赛组委会.《第五届全国电子设计竞赛获奖作品编选》.:北京理工大学出版社,2003[2]何立民.《单片机高级教程应用设计》.:北京航空航天大学出版社,2000[3]朱定华.《单片机原理与接口技术》.电子工业出版社,2006[4]吴建平.《传感器原理及应用》.:机械工业出版社,2009[5]郁有文.《传感器原理及工程应用》.:西安电子科技大学出版社,2008附录1 程序清单(部分)//主函数#include <hidef.h> /* common defines and macros */#include "derivative.h" /* derivative-specific definitions */#include "init.h"#define PITTIME 800 //定时,,1000*5usint PJT=478; //平衡位置角度传感器Ad值void PLL(void) //48MHz 外部时钟16MHz{CLKSEL=0X00; //禁止使用锁相环,系统频率=外部晶振,总线频率=系统频率/2PLLCTL_PLLON=1; //打开锁相环SYNR =0x40 | 0x03; //PLLclock=2*osc*(1+SYNR)/(1+REFDV)=96M;REFDV=0x80 | 0x01;POSTDIV=0x00;_asm(nop); //当POSTDIV=0x00时,BUS CLOCK=PLLclock/2=48M _asm(nop);while(!(CRGFLG_LOCK==1)); //等待锁相环初始化完成CLKSEL_PLLSEL =1; //使用锁相环频率作为系统频率}void PIT_init(void) //定时中断初始化函数5uS定时中断设置{PITCFLMT_PITE=0; //PIT禁止PITCE_PCE0=1; //定时器通道0使能PITMTLD0=199; //8位定时器初值设定,240分频,在48MHzBusClock 下,为0.2MHz。