2019年单片机控制装置安装与调试技能比赛样题

2019年江苏省职业学校技能大赛 （电工电子类）单片机控制装置安装与调试技能比赛试卷【中职组样卷】 说明：①试卷包括工作任务书、单片机控制装置说明、评分表，共7页。绘图纸A4和草稿纸由赛场提供。②选手按规定比赛时间独立完成工作任务书各要求，比赛时间为240分钟。③比赛结束后，按评分表要求从职业与安全意识、扎线、绘图、问答、程序功能五个部分评分，相加总和为技能成绩。

 工作任务书

1. 【需求分析】根据人工气候箱模拟控制装置的具体要求，利用实训考核台中相关模块、元件和执行机构，搭建模拟控制装置。 2. 【硬件设计】选择合适的模块、元件和执行机构设计该演示装置，并在答题纸上准确规范地绘制以模块为基本单元的控制接线图。 3. 【线路连接】按工艺规范用连线连接该演示装置所需各模块、元件和执行机构。 4. 【软件调试】按要求编写单片机控制程序，将工程相关文件存放在“D”盘中以工位号命名的文件夹内并进行调试，以达到人工气候箱模拟控制装置的技术要求。  人工气候箱及模拟控制装置描述 1. 【背景】人工气候箱是把无法控制的大自然环境搬进实验室，人为地通过单片机系统实现模拟自然环境中与生物生长、发育有关的温度、湿度和光照三大主要因素，创造局部人工气候，以寻求各种农作物的最佳生长条件，探索其生长、发育的规律，培养新品种，获取优质、稳定、高产的新技术。人工气候箱是农业科学研究的有效工具。 2. 【组成】本装置是人工气候箱的模拟控制装置。由温度指示器（数码管7~6位）、湿度指示器（步进电机）、8个冷光源（LED指示灯）、强对流风扇（直流电机）、电子钟（数码管4~0位）、电动门（机械搬运装置）、电动门开关（钮子开关SA8）、矩阵键盘和12864液晶显示、串口通信等部分组成。 3. 【功能简介】本装置只有三种默认气候环境——Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３。每种环境包括“温度”、“湿度”和“光照”三个目标值参数。可以结合液晶模块通过键盘分别“调整”。装置“自检”或“运行”过程中，气候箱内切换为新的气候环境时，电子表计时复位，将环境新参数上报PC；光照立即响应；温、湿度指示器演示箱体内温湿度调节过程（固定为5秒时长响应时间）；之后，温、湿度稳定为环境预设目标值不变。另外，装置还可以模拟钮子开关控制电动门的动作过程。假设每个时段的工作时间为8小时，依次运行三种气候环境，刚好可以模拟一整天的气候环境。 4. 【温、湿度指示说明】箱体内部的“温度”通过数码管DIS7~DIS6实时指示温度数值；

工位号： 2019年江苏省职业学校技能大赛（电工电子类）单片机控制装置安装与调试技能比赛【中职组样卷】 第2页 共7页

“湿度”由步进电机指针位置（0mm~99mm）实时指示湿度（0%~99%）。环境温/湿度控制参数发生改变时，箱体响应时间总是5秒，只需要温、湿度指示器模拟来演示这5秒的变化过程。即，温度显示值和湿度指示值步进加（减），5秒后恰好达到下一个环境的目标参数值并保持稳定。（提示：响应过程的演示涉及到数码管的数据缓冲改写的时间和步进电机的调速问题） 5. 【光照模拟说明】箱体内部的“光照”等级（1~7级）及均匀光照模拟，通过8盏LED流水灯实现。装置用每秒同时点亮的LED灯总个数来表示当前光照等级，用流水灯控制来达到均匀光照箱体的演示效果。以4级光照为例：一开始只有LED0~3点亮，接着1秒后切换为LED1~4点亮，以后每秒变换新的一组连续的灯。呈现4盏灯自右向左循环滚动的显示效果。要求流水灯方式控制，这样箱体内的作物接受8盏灯光照总是均匀的，每盏灯的发光耗能也相同。“光照”等级如有变化，箱体响应时间要求为0秒。 6. 【电动门说明】人工气候箱的电动门是自动门，由搬运装置模拟。在气候环境温湿度稳定情况下，可以随时开关电动门方便取放作物。在机械手爪在工位1下方夹紧表示门已关紧状态。松开到达工位3上方表示门完全开启状态。通过钮子开关SA8可以控制开关。向上为“开门”，向下为“关门”。开门的第一个动作是手爪松开，关门的最后一个动作是手爪抓紧。每次开关动作自动暂停之前的动作，并延迟1秒，执行开关过程。例如，允许在门未开到位时立即进行关门操作，只是之前的开过程动作先暂停，等待1秒后继续完成关门动作。 7. 【操作键盘说明】装置上有“4×4”的键盘用于设置参数或菜单选择等操作，按键定义如图1。方向按键和1,4,6,9数字键重合，在菜单切换选择时有效。S1~S3在自检过程中有效。调整用于预选中参数值，数字键用于输入参数值，确定键确认参数。返回总是返回到主菜单选择界面。

0 1 （向上） 2 3

4（向左） 5 6（向右） 7 8 9（向下） 调整 确定 S1 S2 S3 返回 图1 按键定义 2019年江苏省职业学校技能大赛（电工电子类）单片机控制装置安装与调试技能比赛【中职组样卷】 第3页 共7页

8. 【液晶显示说明】由128列×64行像素的液晶显示模块实现。可以模拟演示人工气候箱在“参数自检”、“参数调整”和“模拟运行”三个工作状态下的信息提示。全角字符（粗体部分）、汉字宋体均为16*16规格，半角字符为8*16规格。当需要选择或修改参数时，对应选项部分会反显，如阴影部分。虚线无需显示。典型的几个画面如下： 人 工 气 候 模 拟 控 制 装 置

20 18 图2 开机液晶画面

模 拟 控 制 装 置 参 数 自 检 参 数 调 整 模 拟 运 行 图3 主菜单选择界面（第1项选中）画面

时 段 Ｔ １ Ｔ ２ Ｔ ３ 温 度 10 ℃ 45 ℃ 25 ℃ 湿 度 20 ％ 60 ％ 40 ％ 光 照 ２ 级 ６ 级 ３ 级 图4 参数自检T3状态（当按下S3选中T3参数组自检时）画面

时 段 Ｔ １ Ｔ ２ Ｔ ３ 温 度 15 ℃ 45 ℃ 25 ℃ 湿 度 20 ％ 60 ％ 40 ％ 光 照 2 级 ６ 级 ３ 级 图5 某时段默认参数的调整（Ｔ１温度值被选中修改为15时）画面 2019年江苏省职业学校技能大赛（电工电子类）单片机控制装置安装与调试技能比赛【中职组样卷】 第4页 共7页

9. 【电子表】除了开机初始化倒计时10秒，此后电子表每次复位都是从00分00秒开始，它总是在秒加计时。在数码管DIS4~DIS0上显示分、秒信息，格式是“MM-SS”。如“12-30”表示当前状态或环境已运行了12分30秒。 10.【串口通信】每次自检或者运行过程中改变环境了，都会上传一次参数内容。串口波特率为9600bps，字符帧为1+8+1。报文格式是：“温度：ww，湿度：ss，光照：g（换行符）”。其中ww，ss，g为实际数值。用超级终端来调试接收发来的报文。 11.【其他设备说明】为安全起见，所有键盘操作状态都要求门处于关紧状态下进行。在稳定的工作设定环境下，当钮子开关控制开门时，电动门工作。另外，门一旦开启处于未关紧状态，为了确保温湿度快速调整到位，强对流风扇都会启动，直到门处于关紧状态后风扇停止。 12.【“参数自检”说明】主菜单，如图3，门关时选中“参数自检”，按下“确定”键可以自检。自检时，通过矩阵键盘按钮S1、S2或S3选择切换一种工作参数。按下新的参数选择按钮后，如S3时界面如图4。“光照”立即切换为4级。“温度”、“湿度”渐变调整，渐变过程均为5秒内完成。只有本次自检完成后才能响应下一次按键请求以及钮子开关控制自动门。按“返回”返回主菜单。 13.【“参数调整”说明】主菜单，门关时选中“参数调整”进入。每个工况都可以独立调整“温度”、“湿度”、“光照”三个参数。通过方向键，可选择9个可选框，选中栏总是反显。按下“调整”键后，输入数字键后“确定”。当对Ｔ１的温度调节时，界面如图5。随时可以演示自动门的开关。 14.【“模拟运行”说明】主菜单，门关时选中“模拟运行”进入。界面如图4。按环境参数Ｔ１－＞Ｔ２－＞Ｔ３顺序执行，为演示方便各运行10秒钟。不需要演示自动门。  人工气候箱模拟控制装置初始化要求 1. 开机，12864液晶屏清屏后显示图2。 2. 数码管左2位显示05（温度为5℃，为初始值）。右5位DS4-DS0显示倒计时，从“00-10”开始。到00-00后顺时计时。 3. 发光二极管LED0点亮，其他熄灭，向左流水灯移动显示，与秒计时同步。（光照为1级） 4. 步进电机到达左限位后，复位到1.0cm（湿度为10%，为初始值）。机械手复位到工位2上方，手爪松开状态。 5. 上一步完成后，钮子开关向下，进行关门操作。强对流风扇启动（直流电机加电即可）。 6. 门关闭后，强对流风扇停止（直流电机停止工作）。12864进入主菜单。 2019年江苏省职业学校技能大赛（电工电子类）单片机控制装置安装与调试技能比赛【中职组样卷】 第5页 共7页

 人工气候箱模拟控制装置工作要求 1. 上下选择“参数自检”项确认后，分别可以选择S1，S2，S3自检三种环境的发生，指示有渐变演示过程。注意第一次渐变过程的初始温度和湿度已经给定。稳定后，可以演示开关门控制。 2. 按返回回到主菜单。 3. 上下选择“参数调整”项确认后，用上、下、左、右键选中任一参数，按下调整键后，通过数字键可以分别修改。按确定键更新。随时可以演示开关门控制。 4. 按下返回键回到主菜单。 5. 选择“模拟运行”项。依次运行Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３。每种环境演示运行10秒，总共30秒后允许按键返回主菜单。 6. 可以继续运行上述要求。

工位号：

█ 理论问答（10分） 1. 门关状态下，开启自动门的控制过程：______________、______________、______________、______________、______________。（3分，不必填满） 2. 假设环境1的温度目标值为10℃，环境2的温度目标值为25℃，那么从环境1的稳态到环境2的稳态，温度调整需要的响应时间是5秒，当前你程序中数码管刷新周期（所有数码管内容扫描一遍）为_____毫秒，那么应该_______个刷新周期后让温度目标值加1（3分） 3. 假设环境1的湿度目标值为20%，环境2的湿度目标值为60%，那么从环境1的稳态到环境2的稳态，湿度调整需要的响应时间是5秒，当前你程序中步进电机驱动脉冲数为_____个/cm，那么应该每秒钟驱动_______个脉冲实现步进电机驱动同步。（4分）

█ 绘图（请在A4纸上绘制以模块为基本单元的控制接线图。要求有图框，并注明图名和工位号）