嵌入式月球车竞赛方案设计
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2010年全国职业院校技能大赛高职组
“嵌入式产品开发”项目竞赛方案设计
嵌入式系统（Embedded System）在于结合微处理器或微控制器的系统电路与其专用的软件，来达到系统运作效率成本的最优化。
今天凡移动电话、手表、电视机、电子游戏机、PDA、冰箱等家用电器和通讯产品乃至于电动交通工具的控制核心无不与嵌入式系统息息相关。
而在后PC时代，家具、玩具、汽车、新一代手机、数码产品、先进的医疗设备乃至于即将到来的智能型房屋、智能型办公室、与其它跟电相关的器材设备更是缺少不了嵌入式系统的这个核心技术。
我国高职院校针对这一发展趋势，特别是电子信息方向大约有三百多家学校已经陆续开设了嵌入式应用技术的专业或专业方向。
电子信息专业指导委员会也进行了嵌入式应用技术的课程立项研究，结合嵌入式系统工程师行业认证体系，明确了高职院校嵌入式应用技术的教学内容和发展方向。
嵌入式系统工程师行业认证体系包含：嵌入式硬件工程师、嵌入式软件工程师和嵌入式调测工程师三个职业认证方向。
工作过程包含嵌入式产品研发、生产、销售等各个环节，可从事元器件检验，嵌入式产品生产、调测，嵌入式产品的销售和售后服务，以及嵌入式产品的初级设计。
为推动嵌入式应用技术专业的发展，促进各高职院校嵌入式技术应用人才的培养。
电子信息专业教学指导委员会申请并承办了2010年全国职业院校技能大赛高职组嵌入式产品开发的电子大赛。
大赛专家组在调研和吸收各方面的意见后，采用了“探月车”做为嵌入式产品开发大赛的载体。
“嫦娥工程”首颗探月卫星“嫦娥一号”10月24日发射成功，拉开中国探索外太空的序幕。
2012年，“嫦娥工程”将实现“落地”，探月车也将发挥重要角色。
见诸报端的至少有7家高校和科研单位在从事月球车的研制。
参考最早从事探月车研究的哈尔滨工业大学的六轮摇臂式探月车的运动特点，将其作为嵌入式产品开发的应用对象。
六轮摇臂式探月车具有自主行走，爬坡、避障、图像识别，红外测温等功能。
探月车可以在模拟月球环境的赛道上运行，小车自主行走，按照自己的行走方式向目标物靠近，途中会遇到障碍物，坡，沟壑等等，它能自己处理避障，爬坡，越沟，到达目标物，然后采集检测点的图像和温度，处理好通过无线网络传输到上位机，并在上位机上显示出来。
整个一系列的过程都用到嵌入式的知识，将学生学习的嵌入式知识最大程度的得到应用。
一、探月车的整体结构
功能特点：
1、6轮驱动电机，6舵机驱动
2、月球车直线行走
3、月球车转弯行走
4、具有爬坡，台阶的功能
5、具有越障功能
6、CMOS摄像头图像采集
7、红外温度采集
8、无线传输
9、加速度计检测小车行进中的
姿态，保持车身平稳
探月车由车体和上面的嵌入式电子线路两大部分组成。
车体包含驱动电机、舵机、摇臂、车架、锂电池几部分。
嵌入式电子线路有嵌入式核心板、主板、驱动板和检测板组成。
嵌入式ARM控制器核心板
采用三星ARM9 S3C2440微处理器。
以及内存、网络控制器等芯片。
ARM9 S3C2440核心板
主板的主要功能有CMOS摄
像头的头像采集、图像识别以及处
理，非接触式红外温度传感器温度
采集的处理，加速度传感器对小车
的姿态的检测。
主板上的外围器件
主要有串口、USB主从口、网口、
音频接口，蜂鸣器、按键和4个LED，
以及实时时钟电源，摄像头、红外
温度传感器插座等等。
以及与电机
驱动控制部分进行通讯，向电机驱
动模块发送指令从而控制电机、舵
机的运行。
控制主板
驱动板完成对电机和舵机的控
制功能。
主要有单片机控制单元和电
机驱动单元。
单片机选用的是现在目
前学生比较流行使用的宏晶单片机
STC12C5A32S2,是一个单时钟周期
(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗
干扰的新一代8051单片机，指令代码
完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路，2
路PWM，8路高速10位A/D转换
（250K/S），针对电机控制，强干扰场
合。
电机驱动单元主要采用3 个L298N 小车驱动板（51/L298N）
电机驱动芯片，用来驱动6个电机，L298N是内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器可驱动46v,2A以下电机。
探月车上的一些传感器模块及外设模块，主要有摄像头模块、非接触式红外传感器模块、加速度计模块和无线网卡。
摄像头、红外测温、加速度计和无线网卡
这里我们主要用红外温度传感器测量被测物体（铝块）的体表温度，其温度测量范围为0-80度，温度精确度为0.2度，测量范围为20mm，测量角度为120度。
用来测量被测物体的温度，将检测回来的模拟量通过放大，AD转换处理，通过无线网络送回上位机。
二、探月车的赛道
探月车的赛道是用亚光白的钢板制作而成，长300mm，宽300mm，高75mm，平台地面放一层喷绘的图片，模拟月球真实的地貌，更形象的反应出月球车的特点。
在赛道中间布置有若干个不同形状和颜色，并且温度可控的的探测点。
赛道上放还有摄像监控设备和计时器，实时监测比赛的过程并可在大屏幕上显示出来，体现比赛的公平性。
探月车赛道
三、探月车比赛方案
针对嵌入式应用技术专业的培养目标，大赛将全面考核参赛选手在嵌入式应用技术方面的技能点和知识点。
考虑到大赛的时间比较短，把大赛的技能点放在驱动板的安装、焊接和调测上，同时把知识点的考核放在控制软件的编制上。
参考探月车的任务，探月车从软着陆器上跑下来，然后在月球上自主行走，探月车是个智能机器人，需要具备独立处理各种环境的能力。
探月车需要配置若干个传感器，在得知周围环境、自身姿态、位置等信息后，勾画出到达目标点的路径，并导航控制探月车走到目的地进行探测工作。
探测任务包括土壤分析、地形、地貌等信息，然后将探测数据通过无线的方式发回地球。
大赛设计的比赛任务为按设定的顺序分别探测赛道上不同探测点的温度和图像，然后将所得结果通过无线网络发回上位机。
探测的顺序可以是先探测红色的球形，然后是黄色的柱形，然后是蓝色的锥形，等等。
可在比赛开始时随机设定。
探月车在赛道上指定位置起始后，根据摄像头拍摄的照片，经过图像识别自主确定行走的方向和路线，按比赛要求的顺序对各探测点的温度进行测量并对探测点拍摄图片，通过无线网络将温度值和图像发给上位机，以测量精度高且用时最少完成任务为胜利者。
比赛分两天、两个阶段进行，共16小时。
第一阶段的主要内容是：
（1）利用大赛提供的驱动电路PCB板和套件，按照大赛所提供的工艺文件装配、焊接与调试驱动模块电路，并对红外测温电路进行温度标定；
（2）根据大赛的任务要求，将现场焊接、调试的电路模块和各个参赛队已经准备好的嵌入式系统核心板、主板、探测板、无线网络等进行组装，并进行软件编写、安装与整机调测；
（3）按照要求编写技术文件并与作品一并提交给竞赛委员会封存；
（4）在完成产品基本功能的基础上，参赛选手可以在一定范围内进行扩展功能的发挥。
（扩展功能可以有以下几个方面：1、设置软着陆器，从软着陆器上通过一个三十度的坡道下到月球表面，要求在下坡过程中保持探月车车体保持水平。
2、设置水分探测，对探测点的水分进行探测，并发回水分探测数据。
3、对探测点的物质成分进行探测，并发回数据。
）第二阶段的主要内容是：
（1）按设定的探测顺序进行任务比赛；
（2）获得答辩资格的参赛队进行答辩。
第一阶段的竞赛时间为第一天8:00到第二天12:00；第二阶段的竞赛时间为第二天的12:00～16:00。
采用A、B板制：
提供给参赛队两套线路板，一套A板，一套B板。
A板为比赛板，线路板为绿色，功放为散件，由学生自己安装调试；核心板没有程序，需要学生自己编写下载。
B板为标准板，线路板为红色，功放板已经调试完毕，核心板也下载好了运行程序。
这样，当参赛队功放板不能完成时，可以采用B板进行软件部分的比赛。
同样当软件部分不能完成时，可以采用B 板核心板进行比赛，而得到硬件部分的成绩。
A、B板采用两种不同的颜色可方便裁判区分。
比赛工作区设置：
每个参赛队工作区间面积大约9 平方米（3m×3m），确保参赛队之间互不干扰。
每个工作区间需标明编号。
工作区间内部配置1张有5孔单相电源插座2个的实训工作台作为焊接调试操作台，上面摆放电子仪器仪表和电子制作工具等；每个工作间另有两张电脑台用来摆放组建局域网的微机；配备3把工作椅（凳）；
电子仪器仪表和电子制作工具包括：
稳压电源（1台/组：0～30V/0～3A，两路输出）；
示波器（1台/组：双踪，20MHz示波器）；
数字万用表（1组/台：三位半数字显示，可测量V/A/Ω/β）；
恒温电烙铁
热风台
带灯放大镜
嵌入式调测工具软件一套。
常用电子制作工具配置要求：尖嘴钳、偏口钳各1把，一字口、十字口改锥各1把，剥线钳1把，壁纸刀1把，剪刀1把，配有烙铁架的电烙铁1把，带有助焊剂的焊锡丝1卷等。
可组建局域网、含串并口的计算机2台（2台/组，不允许上外网，其USB接口贴封条，
避免选手在竞赛期间复制或调用夹带的文件）。
