2015年全国大学生电子设计竞赛题目风力摆控制系统(B题)
2015年全国大学生电子设计竞赛试题
参赛注意事项
（1）8月12日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高
职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生
身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设
计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。
【本科组】
一、任务
一长约60cm~70cm 的细管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂一组（2~4只）直流风机，构成一风力摆，如图1所示。风力摆上安装一向下的激光笔，静止时，激光笔的下端距地面不超过20cm 。设计一测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。
二、要求
1. 基本要求
（1） 从静止开始，15s 内控制风力摆做
类似自由摆运动，使激光笔稳定地
在地面画出一条长度不短于50cm 的直线段，其线性度偏差不大于±2.5cm ，并且具有较好的重复性；
（2） 从静止开始，15s 内完成幅度可控的摆动，画出长度在30~60cm 间可设
置，长度偏差不大于±2.5cm 的直线段，并且具有较好的重复性；
（3） 可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s 内按照设置的方向（角度）
摆动，画出不短于20cm 的直线段；
（4） 将风力摆拉起一定角度（30°~45°）放开，5s 内使风力摆制动达到静
止状态。
2．发挥部分
（1）以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s内需重复3次；圆半径可在15~35cm范围内设置，激光笔画出
的轨迹应落在指定半径±2.5cm的圆环内；
（2）在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆1~2m距离内用一台50~60W台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹5s后停止，风力摆能
够在5s内恢复发挥部分（1）规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的
轨迹；
三、说明
1.
确性。
2. 风力摆的制作方法建议：
方案1：如2图所示，
或棒（如碳素纤维管、PVC
向节固定在一支架上；
方案2
摆吊挂在支架上。
3. 参赛队可以自行选定一方向为0
为起始，顺时针依次为90°、180
等，详见图3，测试现场将提供此
图。
4. 直流风机是驱动风力摆的唯一动
力，不得以任何其它方式影响风力
摆的运动；启动后，不得以任何形
式人为影响风力摆运动。
5. 各项目中，运动到达要求时需有明
显声或光提示，以便开始测试及记
录。
6. 发挥部分施加干扰的方式是在
1~2m的距离，用50~60W台扇在
水平方向吹风力摆，风速在
1.0~
2.0m/s范围内。
7. 风力摆在圆周运动时的旋转方向不限；测试时考察在6个均匀分布点上激光
轨迹是否落在圆环内，见图3。
8. 各项要求中，长度均以厘米（cm）为单位，角度以10°为最小单位。
9. 赛题中要求的各项动作完成时间越短越好，超过规定时间1倍时不计成绩。
四、评分标准
简易风力摆报告设计
设计了一个简易风力摆控制装置，由直流风机组，陀螺仪，直流减速电机以及激光笔等组成。以MSP430F14单片机为核心，用PW波控制控制电机转速，调节风力大小，并以四个风机上下与左右同面两两并在一起对碳素管及激光笔进行工作，使细杆及激光笔在 风机的作用下可进行自由摆动且进一步可控摆动在地上划线，具有很好的重复性，并且可 以设定摆动方向且画短线，已经能够在将风力摆拉起一定角度放开后可以在规定时间内达到平衡。 关键词：风力控制摆、陀螺仪、轴流风机、PWM B速、MSP43C单片机 风力摆控制系统（B题） 1方案设计与选择 1.1设计内容 要求一个下端悬挂有（2~4只）直流风机的细管上端固定在结构支架上，只由风机提供动力，构成一个风力摆，风力摆上安装一个向下的激光笔。通过单片机代码指令控制驱动风机使风力摆按照一定的规律运动，并使激光笔在地面画出要求的轨迹，风力摆结构图如图1所示。 图1风力摆结构图 1.2设计要求 1.2.1基本要求 （1）从静止开始，15s内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段，其线性度偏差不大于土 2.5cm，并且具有较好的重复性； ⑵从静止开始，15s内完成幅度可控的摆动，画出长度在30~60cm间可设置，长度偏差不大于土 2.5cm的直线段，并且具有较好的重复性； （3）可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s内按照设置的方向（角度）摆动，画
出不短于20cm的直线段; (4)将风力摆拉起一定角度(30~45 ° )放开，5s内使风力摆制动达到静止状态。 1.2.2发挥部分 (1) 以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s内 需重复3次；圆半径可在15~35cm范围内设置，激光笔画出的轨迹应落在指定半径 ± 2.5cm的圆环内； (2) 在发挥部分(1)后继续作圆周运动，在距离风力摆1~2m距离内用一台50~60W台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹5s后停止，风力摆能够在5s内恢复发挥部分(1)规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹； (3) 其他。 2总体方案设计与选择 2.1单片机选择 方案一：采用STC89S51芯片，该款芯片具有高性能低功耗的特点，具有32位输入/ 输出，可以实现处理、存储等功能⑴，但是其灵活性不高，需实时保护软件现场，否则易丢失信息，存储能力较弱。 方案二：采用MSP430F14芯片，该款芯片具有高性能，低功耗的特点，其抗干扰能力比较强，存储空间较大，稳定性较强。 二者比较之下，选择方案二作为此次设计的核心控制部分。 2.2直流风机选择 方案一：采用12V 4.5A的轴流风机，风力很大，可以将自身轻松吹起，但是体积较大，质量较重。 方案二：采用12V 1.5A的小风机，体积小，质量轻。但是风力足够大，单电机产生 的风力可吹起4个相同电机
C语言程序设计竞赛题及其答案
数学与统计学院 第三届计算机程序设计竞赛题 竞赛需知： 1、答案必须写在答题纸上。 2、程序采用C/JAVA/VB/VFP语言实现均可。 3、考虑到各种因素，程序的键盘输入和结果输出可以用伪代码或者自然语言表示。但是必 须说明输入变量和输出变量。 4、题目最好能用完整、正确的语言程序来解决问题，如确实无法编写完整语言程序的，可 以写出程序主要框架和流程，必要时可以用伪代码或者自然语言描述算法（程序）。 一、玫瑰花数（20分） 如果一个四位数等于它的每一位数的4次方之和，则称为玫瑰花数。例如： + + 1634+ =， 4^4 4^3 4^6 4^1 编程输出所有的玫瑰花数。 #include
int i,j,k; int n; scanf("%d",&n); for(i=0;i 龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/539893038.html, 基于STM32的风力摆控制系统的设计 作者：黄一珀丁斌董杨潘嘉睿 来源：《中国新通信》2016年第22期 【摘要】该风力摆控制系统是由单片机控制核心、ADXL345 数字三轴重力加速度芯片、直流电机、电机驱动模块以及液晶显示模块几个部分构成的闭环系统。利用单片机产生不同占空比的PWM波给驱动模块让其产生正弦波驱动为电机提供工作电压，运用相位合成和占空比调节实现对风力摆的运动轨迹控制，通过实际数据试验出风力摆的控制规律，稳定的完成了风力摆的直线运动和曲线运动要求。 【关键词】正弦波角度传感器直流电机 一、设计方案及原理分析 本系统由机械结构、控制模块、电机驱动模块、摆杆角度测量模块、电机和电源等组成，下面分别论证一下几个模块的选择。 1.1机械结构的设计方案 风力摆控制系统是一个完整的测量控制系统，其中的机械结构则是这个测控系统的对象，对象的好坏在很大程度上会影响到后期控制算法的设计，对象制作的越稳定可靠，系统的性能就会越好。所以在制作这样一个精密控制系统的时候，前期的机械结构的制作是非常关键的一步，在制作的时候要尽量确保它的稳定性，例如选用合适的材料、采用尽量好的制作工艺等。该风力摆控制系统中，机械结构大概分成以下几部分，风机、摆杆、摆杆转轴、底座和激光笔。 1.2控制模块方案 采用STM32F103单片机作为主控芯片。STM32F103基于高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex—M3内核，强大的定时、中断功能，方便对传感器模块和电机的控制，可以快速进行复杂的运算。同时具有大容量的RAM和ROM，可存储大容量的程 序。编程时可以直接调用库函数，提高编程效率。能够较为迅速的从传感器中采集数据进行处理，并快速反馈给电机进行下一步动作。 1.3电机驱动模块方案 采用L298N驱动。L298N是一种全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，结合单片机可实现对电机速度的精确控制，调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频率的负载冲击，还可以实现频率的无级快速启动、制动和反转。 全国大学生电子设计竞赛控制类赛题备战纲要 一笔丹青 QQ：2990731899 2013年，四旋翼飞行器首次出现在全国电赛的本科组题目中，电赛控制类开始从二维平面空间走向三维立体空间。对于这样的“跨越”，当年参赛的学生绝大多数准备并不充分，无可避免，13年四旋翼飞行器项目的比赛情况非常糟糕。本人亲历了13年的电赛，获得了控制类本科组全国一等奖，从2015年开始协助老师指导学生参加全国电赛，相较于13年，15年四旋翼飞行器项目的比赛情况好了很多，某种程度上，这要归功于近几年旋翼飞行器的飞速发展（大疆的崛起是最好的注解），互联网为大量实用的开源程序的传播提供了便利。 不得不说，在电赛所有类别的题目中，控制类绝对是“宠儿”，自2005年开始，每届电赛，控制类赛题几乎都是两个，如2011年：自由摆和小车；2013年：旋转倒立摆和四旋翼飞行器；2015年：风力摆和四旋翼飞行器。近日，收到关于电赛的许多咨询，一一回答效率太低，在此，针对电赛的准备，我列出了几点建议，请大家批评指正。 1.基础知识 1.1硬件方面 数电、模电、电路，熟悉基本元器件的使用，初期至少能够搭建稳定可用的单片机最小系统；后期逐渐掌握基于开关电源芯片的供电电源电路搭建，电机驱动电路搭建，液晶屏及数码管显示电路搭建等等； 1.2软件方面 熟练C语言，掌握模块化编程的思想，掌握硬软件联合调试办法，掌握参数整定办法（如最常用的PID算法，其参数整定尤为重要）。 2、常用元器件 2.1 电机 作为执行机构，一个控制系统中没有执行机构几乎没有意义。电机是最为常用的执行机构，如05年悬挂系统中的步进电机；07年、09年所用到小车的直流电机；11年自由摆的步进电机和智能小车的直流电机；13年旋转倒立摆的直流减速电机和四旋翼飞行器的空心杯直流电机；15年风力摆的直流电机、飞行器的空心杯直流电机。 鉴于此，在准备过程中，要很好的掌握直流电机、步进电机以及空心杯直流电机的使用。 2.2 传感器 控制系统离不开传感器，如：07年电赛跷跷板赛题采用的倾角传感器，09年声音引导系统所采用的拾音器；11年自由摆平板系统采用的角度传感器（光电编码器或者精密电位器）；11年智能小车采用的光电接近开关；13年旋转倒立摆采用的光电编码器；13年四旋翼飞行器采用的三轴倾角传感器、陀螺仪、电子罗盘、测距传感器… 因此，常用的传感器必须掌握，如： ?旋转角度测量：光电编码器，精密电位器； ?倾斜角度测量：单轴倾角传感器，三轴倾角传感器，如SCA1600等； 2015 全国大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 2015年8月15日 摘要：本设计是基于STM32F103VE单片机为核心的简易风力摆控制系统，该系统由电源供电模块，直流风机及驱动模块、角度检测模块、信息处理模块、继电器及驱动模块、蜂鸣指示模块和液晶显示模块构成。STM32F103VE通过改变PWM占空比来实现对直流风机速度及方向的控制，该风力摆控制系统能够实现题目要求，简单做直线运动、复杂做圆周运动。 关键字：风力摆角度传感器单片机自动控制系统 一．方案论证： 1.系统结构 1）机械结构如图1所示。 一长约67cm的吸管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂4只直流风机，中间安装陀螺仪，构成一风力摆。风力摆下安装一向下的激光笔，静止时，激光笔下端距离地面18cm。 图 1 2）测控电路结构 测控电路结构如图2所示。 编码器按键 图2 2.方案比较与选择 其实整体电路架构上图已经给定，主要是几个关键部分————直流风机选型及架构、直流风机驱动电路、传感器、主控芯片选择，我们分析如下： 1）直流风机的选型 方案一：采样大电流成品直流风机，虽然风力够大，但驱动多个风机所需电流过大，单个电源难以满足要求，而且比较重，多个电机使得惯性过大难以控制。鉴于以上两点，弃用。 方案二：采用小型高速电机加螺旋桨自制直流风机，风力大，体积小，质量轻，而且性价比高。 风力摆控制系统风机质量轻，减小惯性，容易起摆；风力大，风速控制范围大，摆动角度大；体积小，减少外部的干扰；鉴于以上几点，本设计采用方案二。 STM32微处理器 角度传感器 直流风机 电机驱动电路 风机供电 OLED 液晶显示 蜂鸣器 全国大学生电子设计竞赛历年题目（1994－2011） 第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目题目三简易无线电遥控系统 一、任务 设计并制作无线电遥控发射机和接收机。 1．无线电遥控发射机 2．无线电遥控接收机 二、要求 1．基本要求 （1）工作频率：fo=6～10MHz中任选一种频率。 （2）调制方式：AM、FM或FSK……任选一种。 （3）输出功率：不大于20mW（在标准75Ω假负载上）。 （4）遥控对象：8个，被控设备用LED分别代替，LED发光表示工作。 （5）接收机距离发射机不小于10m。 2．发挥部分 （1）8路设备中的一路为电灯，用指令遥控电灯亮度，亮度分为8级并用数码管显示级数。 （2）在一定发射功率下（不大于20mW），尽量增大接收距离。 （3）增加信道抗干扰措施。 （4）尽量降低电源功耗。 注：不能采用现成的收、发信机整机。 三、评分意见 电子设计大赛控制类题目汇总 ·控制类的题目均要注意外界的干扰。要采取一定的屏蔽措施。 ·涉及到电机时要考虑控制部分和电机部分，分开供电。双电源供电。将电动机驱动电源与单片机以及其周边电路完全隔离，利用光电耦合传输信号。这样做虽然不如单电源方便灵活，但可以将电动机所造成的干扰彻底消除，提高了系统稳定性。 ·掌握各种算法。 第三届（1997年） C题水温控制系统 一、任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1．基本要求 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度。 2．发挥部分 （1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。 三、评分意见 四、说明 (1)加热器用1千瓦电炉。 (2)如果采用单片机控制，允许使用已右的单片机最小系统电路板 (3)数码显示部分可以便用数码显示模块。 (4)测量水温时只要求在容器内任意设置一个测量点。 (5)在设计报告前附一篇400字以内的报告摘要。 赛题分析： 一、赛题要点： 水温的范围水温调节的误差水温变化的速度打印水温变化的曲线 二、参考设计方案 1、水温的测量。温度传感器（参考型号AD590K） 风力摆控制系统设计报 告 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日 摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 系统基本方案 控制方案设计 为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。 机械结构方案设计 由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且要求激光头在地面画出15cm~35cm的圆，所以要求横杆的距离要足够长。横杆长度较长加之摆杆重量较大，所以要求底座要有足够的重量来支撑整个系统。如果结构不稳或者重量不够，摆杆运动过程中将会产生倾倒或者抖动等现象，影响测试结果。于是，底座采用了“工”型结构，保证了整个系统的稳定性。摆杆材料方面，我们选用轻便的硬 风力摆控制系统 摘要：本系统采用STM32F103ZET6单片机作为控制核心，通过对置于风力摆上的MPU9150陀螺仪采集的角度进行处理得到角度与风力摆位置的关系，再通过驱动输出PWM波控制轴流风机，使风力摆到达指定的位置，做规定的圆周运动。本系统通过PID调试，测试表明，各项功能已达到或超过本题目要求。 关键词：MPU9150；PID；轴流风机 1.系统方案 本系统主要由主控制器，陀螺仪，电机驱动模块，轴流风机，激光笔组成，下面分别对这几个模块进行选择与论证。 1.1陀螺仪的选择 方案一：MPU6050。 9轴运动处理传感器，它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS 加速度计，以及一个可扩展的数字数字运动处理器DMP，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。MPU-6050对陀螺仪和加速度计分别用了三个16位的ADC，将其测量的模拟量转化为可输出的数字量。一个片上1024字节的FIFO，有助于降低系统功耗。但零飘较严重。 方案二：角度传感器。当连结到RCX上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0。角度传感器一般测静态的角度，倾角用加速度计。明显在本系统中角度传感器不如陀螺仪方便使用。 方案三：MPU9150。MPU-9150 是采用系统级封装 (SiP)，集合了两个芯片：MPU-6050 和 3 轴数字罗盘 AK8975，其中 MPU-6050 包含 3 轴陀螺仪、3 轴加速计以及能够处理复杂 9 轴 MotionFusion 算法的板载Digital Motion Processor? (DMP?) 。这款元件集成 9 轴 MotionFusion 算法，能够访问所有内部传感器，以收集全套传感器数据。MPU9150测转角的速度的，可以积分得到转的角度，动态性能好，静态差，零飘基本无，很适合本系统。 综合考虑后决定采用方案三。 1.2轴流风机的选择 方案一：四线可测速、包含温控PWM调速轴流风机。此种轴流风机一般重量较大，启动时间长，虽然风量大但明显不适合本系统的实时检测调整的思路。 方案二：三线可测速轴流风机。此种轴流风机重量较轻，启动时间短，直接接驱动即可对其进行控速，风量也很大，比较符合题目各项要求的时间限制。 综合考虑后决定采用方案二。 历年年全国大学生电子设计竞赛题目 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 2015年全国大学生电子设计竞赛题目 【本科组】 双向DC-DC变换器（A题） 风力摆控制系统(B题） 多旋翼自主飞行器（C题） 增益可控射频放大器（D题） 80MHz-100MHz频谱分析仪（E题） 数字频率计（F题） 短距视频信号无线通信网络（G题） 第一届（1994年） 第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛 A.简易数控直流电源 B.多路数据采集系统 第二届（1995年） 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛 A.实用低频功率放大器 B.实用信号源的设计和制作 C.简易无线电遥控系统 D.简易电阻、电容和电感测试仪 第三届（1997年） 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛A.直流稳定电源 B.简易数字频率计 C.水温控制系统 D.调幅广播收音机 第四届（1999年） 第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛 A.测量放大器 B.数字式工频有效值多用表 C.频率特性测试仪 D.短波调频接收机 E.数字化语音存储与回放系统 第五届（2001年） 第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛 A.波形发生器 B.简易数字存储示波器 C.自动往返电动小汽车 D.高效率音频功率放大器 E.数据采集与传输系统 F.调频收音机 第六届（2003年） 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛 A.电压控制LC振荡器 B.宽带放大器 C.低频数字式相位测量仪 D.简易逻辑分析仪 E.简易智能电动车 F.液体点滴速度监控装置 第七届（2005年） 第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛 A.正弦信号发生器 B.集成运放测试仪 C.简易频谱分析仪 D.单工无线呼叫系统 E.悬挂运动控制系统 F.数控恒流源 G.三相正弦波变频电源 第八届（2007年） 第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛 A.音频信号分析仪 B.无线识别 C.数字示波器 D.程控滤波器 E.开关稳压电源 F.电动车跷跷板 G.积分式直流数字电压表 全国大学生电子设计大赛应该怎么准备？ 最主要的是学习什么课程：:《电工电路基础》《低频电子线路》《数字电路》《高频电子线路》《电子测量》《智能仪器原理及应用》《传感器技术》《电机与电气控制》《信号与系统》《单片机接口原理及应用》等等。所要学习的科目当然不能定局,知识面越广越好，它是对各个科目综合运用的产物，而且要具有非常强的动手和创新能力，对一个人的动手能力有很大的促进作用．学起来不要急于求成，掌握一些基本电路及调试，焊接技术，Proteｌ软件的使用,能制作机器人最好对机械结构方面也要懂些。很多东西只要学习了不一定什么时候就能用到,不要在学时表面感觉没用就不注重它，那样就犯了很大的错误了。在电子ＤIY学习过程中你会体会到很多乐趣的。要厚积勃发。 全国大学生电子设计大赛应该准备哪些模块? 主要可以针对以下几类准备模块：电源类、信号源类、无线电类、放大器类、仪器仪表类、控制类。 建议现在打好基础,做好知识储备： １．数电,模电,单片机原理,Ｃ语言，这几个是必学的，重要,相当重要。 2．收集相关资料，比如芯片数据手册，应用笔记，源程序，制作实例，现在吧资料积累好了,到时候用起来很方便。 3.多跑电子市场,买些元件回来自己动手做一些东西,锻炼实践能力。４．看往年电子设计大赛的题目,学习别人设计的长处，最好自己总结下，写成自己的东西。 5．找你们学校以前带电子设计竞赛的老师，告诉他你自己的想法,希望他能给你点建议或者帮助。?6.坚持,坚持,再坚持，克服困难，持之以恒!?这些最基本的东西学好了,等你正式参加比赛的时候，什么AＲＭ，DSP,FPGA等用起来也就不是很困难了!切记，不要赶时髦,追新潮,最基本的东西全掌握了,新东西也不就那么神秘了！! 课程方面: ?还要学单片机啊、嵌入式系统、数字电路、ＣPＬD/FＰGA设计、C语言、汇编、微机接口 模电要好好学，信号没多大用?CPLD/FPＧA编程/模拟用ＱｕａrtｕsII ?单片机模拟用Proteus ?模电模拟用Multisim 单片机编程用Kｅil,用的Ｃ语言和汇编?嵌入式还要用到Ｌｉnux 的内核 还有个画ＰＣB板的，Protel 99ＳＥ,现在最新的叫“Aｌtiｕm D ｅsigner” ?反正这些东西都会要用的,要学起来东西很多，建议你要用到什么看书吧～而且电子设计竞赛都是几个人一组,分工合作吧~ 在此留贴激励自己备战两年后的全国大学生电子设计大赛。在这两年完成自己技能的升级，能力的质变: １.熟练PCB Layｅr Out规则（EDＡ工具Pｒotel99SE,OR ＣAD) Problem A: 序列的混乱程度 Time limit:1s Memory limit:128MB Description 有一个长度为n的正整数序列，一个序列的混乱程度定义为这个序列的最大值和最小值之差。请编写一个程序，计算一个序列的混乱程度。 Input 输入的第一行为一个正整数T（T<=1000），表示一共有T组测试数据。 每组测试数据的第一行为一个正整数n（1<=n<=1000），代表这个序列的长度。第二行为n 个正整数，代表这个序列。序列中元素的大小不会超过1000。 Output 对于每个测试数据，输出一行包含一个正整数，代表对应序列的混乱程度。 Sample Input 2 5 1 2 3 4 5 5 1 9 2 4 8 Sample Output 4 8 Problem B: 随机数 Time limit:1s Memory limit:128MB Description 有一个rand(n)的函数，它的作用是产生一个在[0,n）的随机整数。现在有另外一个函数，它的代码如下： int random(int n,int m) { return rand(n)+m; } 显而易见的是函数random(n,m)可以产生任意范围的随机数。现在问题来了，如果我想要产生范围在[a,b)内的一个随机数，那么对应的n,m分别为多少？ Input 输入的第一行为一个正整数T（T<=1000），表示一共有T组测试数据。 对于每组测试数据包含两个整数a,b(a<=b)。 Output 对于每组测试数据，输出一行包含两个整数n和m，两个整数中间有一个空格分隔。 Sample Input 2 0 5 1 4 Sample Output 5 0 3 1 2019年大学生程序设计大赛策划书 一、活动名主题 “华为”杯程序设计大赛 二、举办单位 策划主办单位：华为技术有限公司 协办单位：(排名不分先后)华中科技大学、武汉大学、武汉理工大学 三、活动时间 20xx年x月x日-x月xx日 四、参赛资格 ●本次大赛面向武汉三所目标高校在校全日制本科及以上学历学生(毕业时间在20xx年x月xx日之后)。 ●初赛以个人为单位，性别、专业不限;预计800人; ●在华为官方的网站注册报名，报名成功后获得参赛资格，只有在报名期间进行网上注册后才能参与比赛。 五、竞赛流程 第一阶段：报名参赛(5月10日—5月24日) l参赛选手阅读参赛注意事项，确认协议内容，在华为官方的 网站上注册简历，获得参赛资格的选手以个人身份参赛。 第二阶段：初赛(6月1日8:00—6月1日12:00) l网吧集中测试(集中招聘机试流程) 1.5月30日18:00前，通过邮件、短信和电话的形式通知通过简历筛选的学生初赛场地、机试场次、时间、所需证件及注意事项; 2.1日当天，学生凭身份证刷卡签到，并获取自己的登录账号 与密码。 3.学生按安排的批次进行入座考试，机试全程为30分钟，逾时将视为不及格。全程考试属封闭式测试，不得翻阅网页及手机，完全独立完成整个测试过程。一旦发现翻阅行为，一律视为作弊，将会被取消参赛资格。 4.考试成绩按照答案正确率与用时两个维度进行评价，在追求准确的同时对学生们的编程效率也作出了要求。 第三阶段：软件训练营(6月2日9:00—6月2日16:00) l1日晚将通过邮件、短信与电话的形式，邀请通过初赛的18 位学生参加为期6个小时的软件训练营-敏捷开发的训练课程，本课程主要是针对学生编程思维进行的引导式更新，课程内容比较灵活多变，动手环节较多，较有吸引力。 l中午学生将统一在华为A2食堂进行就餐。 l完成培训的学生将会收到华为武研所办法的“敏捷技能拥有者”的荣誉证书和决赛工具包(题目+小贴士+输出文件)。 l培训后，同学将会自主组成6个三人组进行接下来的决赛。每两个三人组将会由一位导师(业务部门提供的业务骨干)进行指导， 摘要：本系统主要是以STM32单片机为控制芯片控制4只直流轴流风机，从而调节风机转速来控制使风力摆呈现不同状态的控制系统。该系统主要由主控板，无线遥控器，直流轴流风机，摆架框架等四大部分组成风力摆控制系统。 关键字：风力摆无线 STM32单片机直流轴流风机 一．系统方案 1.系统方案论证 本系统主要由遥控模块、控制模块、陀螺仪模块、直流轴流风机组成，添加一些辅助电路作为扩展功能。系统工作有六种工作模式，使用无线遥控切换模式并显示。下面分别论证这几个模块的选择。 1.1直流风机的论证与选择 方案一：使用直流鼓风机。直流鼓风机的机械摩擦非常小，具有较大的精度，并能提供足够的风力进行运动。但在实验过程中，风机启动速度较慢，且由于其自身重量过大，风摆在运动过程中受惯性影响极大，不能有效的完成任务要求。 方案二：采用直流轴流风机。直流轴流风机是在固定位置使空气流动，自身重量和体积都比较小，且出风口大，能够很好的提供动力与控制。在实验过程中能够较快的启动，并能较好的实现任务要求，符合实验需要。 综合以上两种方案，风力摆在运动过程中需要进行实时控制摆杆的姿态，且需要风机启停反应快，故选择方案二。 1.2控制器模块的论证与选择 根据设计要求，控制器主要用于计算摆杆姿态、控制直流轴流风机PWM、使摆杆能完成相应等功能。 方案一：采用STC89C51作为系统控制器。它的技术成熟，成本低。STC89C51是8位的单片机，数据传输速度慢，在用于精密的操作时，不能满足实时控制的要求，且复杂的控制算法难以实现，不利于控制。 方案二：采用意法半导体公司的STM32F103单片机作为控制器。STM32系列单片机是32位、RISC、低功耗的处理器。在进行高精密的操作时，处理能力非常强，运算速度快，具有很好的控制能力，且成本低，更符合实验要求。 综合考虑以上两种方案，采用方案二。 2.系统结构 根据上述方案的论证，我们确定以STC32F103作为控制核心，采用型号为PFB0812XHE的直流轴风机控制摆杆运动，用陀螺仪MPU6050检测状态数据，并将采集到的数据传输给控制板，然后通过单片机计算处理得出摆杆的姿态并调整直 2015年全国大学生电子设计竞赛风力摆控制系统（Ｂ题） 2015年8月15日 摘要 本系统以飞思卡尔K60单片机为控制核心，结合3轴加速度传感器+3轴陀螺仪MMA7361模拟陀螺仪传感器。ＢＴＮ７９７１电路作为驱动轴流风机动力模块。根据三维角度传感器采集的角度值反馈到单片机输出PWM控制风机摆按照一定规律运动，得到相应的的轨迹。 关键词：Ｋ60；PWM控速；MMA7361；角度采集 目录 一、系统方案 (1) 1、单片机的论证与选择 (1) 2、传感器的论证与选择 (1) 3 驱动电路的论证与选择 (1) 二、系统理论分析与计算 (2) 1、系统理论分析与计算 (2) 三、电路与程序设计 (3) 1、电路的设计 (3) （1）系统板电路原理图 (3) （2）驱动模块电路原理图 (3) （3）传感器电路原理图 (4) （4）电源 (4) 2、程序的设计 (5) （1）程序功能描述与设计思路 (5) （2）程序流程图 (5) 四、测试方案与测试结果 (6) 1、测试方案 (6) 2、测试条件与仪器 (6) 3、测试结果及分析 (6) （1）测试结果(数据) (6) （2）测试分析与结论 (6) 五、结论与心得 (7) 六、参考文献 (7) 附录1：源程序 (8) 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 本设计采用了K60单片机为控制核心，采用BTS7971智能功率芯片驱动电机。MMA7361加速度计测量摆杆的角度，采用双电源供电，由航模电池直接供电驱动电路，电流大。由LM1117-5V等稳压组成的多路稳压模块供给单片机，陀螺仪等模块。 根据MMA7361加速度计采集摆杆运动的角速度，经过互补滤波，PD算法计算得到摆杆的角度，显示在液晶屏。角度作为条件判读依据，根据得到的角度，设定PWM 的输入大小。从而控制不同方向风机的做功，风机的不同倾角会引起风机的加减速使摆杆摆出不同姿势。 1、单片机的论证与选择 方案一：采用ATMEL公司的AT89C51作为控制器。51单片机运算能力强，软件编程灵活，自由度大。但是由于要处理的传感器数量较多，且图像数据较为庞大，51的IO口和运行能力不能达到要求。另外51单片机需要仿真器来实现软硬件调试，较为烦琐。 方案二：采用飞思卡尔半导体公司的kinetis微控制器作为控制核心。采用由Freescale半导体公司生产的Kinetis K60单片机作为主控系统系列微控制器飞思卡尔公司推出的基于ARM Cortex-M4内核的32位微控制器，具有强大的运算处理能力和丰富的片内资源。 由于组员对K60的使用较为熟悉，同时考虑到功能要求，我们选择方案二Kinesis K60芯片作为控制核心。 综合以上二种方案，选择方案二 2、传感器模块的论证与选择 方案一：采用SCA60C倾角传感器，-90o~+90o测量范围。0.5~4.5输出，只能测量单轴角度而且电压输出信号采集不便。 方案二：使用电位器作为角度传感器，由于不同角度输出的电阻值不同，通过AD采样电阻两端电压，计算得到角度对于一般的电位器，线性度较差. 方案三：采用3轴陀螺仪和三轴加速度计MMA7361模块。可以同时采集三个轴的模拟值,精度采集高，单片机可以直接读取，易于操作。 综合以上三种方案，选择方案三 3、驱动模块的论证与选择： 方案一：采用市面易购的电机驱动芯片L298控制风机，该芯片是利用TTL电平进行控制，通过改变芯片控制端的输入电平，，但是风机电流过大，L298耐电流过小，易烧驱动。方案二：采用BTS7971电路驱动电路，BTS7971驱动能力强，耐压值大，最大可通过 1.历届的控制类赛题” 1.历届的“控制类赛题” 在9届电子设计竞赛中，“控制类赛题” 除了1994和1995年外，其它每届都有，共有9题：①水温控制系统（1997年C 题）；②自动往返电动小汽车（2001年C 题）； ③简易智能电动车（2003年 E 题）；④液体点滴速度监控装置（2003年 F 题）；⑤悬挂运动控制系统（2005年 E 题）；⑥电动车跷跷板（2007年F 题本科组）；⑦电动车跷跷板（2007年J 题高职高专组）； ⑧声音引导系统（2009年 B 题）；⑨模拟路灯控制系统（2009年I 题）。 2. 从历届赛题可以看到：从历届的赛题来看，主攻“控制类”赛题方向的同学需要了解和掌握：（1）系统控制方案和算法设计（ 2 ）微控制器电路模块制作和编程：如：AT89S52 、MSP430F1611 、MSP430F2274、Atmega128、PIC16F628A、ADuC841、C8051F022、W78E51B 、STM32F103VET6等等。（3）微控制器外围电路模块制作和编程：如键盘及LED 数码管显示器模块、RS-485总线通信模块、CAN 总线通信模块、无线收发器电路模块、ADC 模块、DAC 模块等等。（4）传感器电路模块制作和编程：如光电传感器模块、超声波发射与接收模块、温湿度传感器模块、倾角传感器模块、角度传感器模块、音频信号检测模块等等。（5）电机控制电路模块制作和编程：如直流电机驱动模块（L298 N）步、进电机驱动模块（L297+L298N，TA8435H）、舵机控制模块、光电隔离模块等等。（6）放大器电路模块制作：小信号放大器电路模块、滤波器电路模块、音频放大器（7）电源电路模块制作（8）电动小车制作 建议：3. 建议：“控制类”赛题中所涉及到的一些知识点，特别是有关 风力摆控制系统设计报 告 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08] 大学生电子设计竞赛 风力摆控制系统 学院: 计算机学院 项目：风力摆控制系统 负责人：王贤朝 指导老师：张保定 时间： 2017年5月20日 摘要 本系统采用K60开发板作为控制中心，与万向节、摆杆、直流风机（无刷电机+扇叶）、激光头、反馈装置一起构成摆杆运动状态与风机速度分配的双闭环调速系统。单片机输出可变的PWM波给电机调速器，控制4个方向上风机的风速，从而产生大小不同的力。利用加速度计模块MPU6050，准确测出摆杆移动的位置与中心点位置之间的关系，采样后反馈给单片机，使风机及时矫正，防止脱离运动轨迹。使用指南针模块判别方向，控制系统向指定方向偏移。控制方式采用PID算法，比例环节进行快速响应，积分环节实现无静差，微分环节减小超调，加快动态响应。从而使该系统具有良好的性能，能很好地实现自由摆运动、快速制动静止、画圆、指定方向偏移，具有很好地稳定性。 关键词：K60、空心杯电机、MPU6050、PID、无线蓝牙 目录 电路................................................................... .. (3) 风力摆控制系统（B题） 【本科组】 一、系统方案 系统基本方案 控制方案设计 为了实现题目要求我们采用K60单片机做为主控芯片，用加速度计陀螺仪模块MPU6050来计算角度和风机状态，用直流风机带动摆杆运动。当MPU6050检测到摆杆的角度时，可根据三角函数公式计算出摆杆现在距离中心的具体位置（方向、距离），单片机会控制PWM波的输出大小来控制风机的风速与方向，使摆杆达到在特定位置静止或按照一定的轨迹运动。当摆杆处于自然下垂状态时，给四个风机同时上电且风向都向外，此时摆杆仍处于受力平衡——静止状态。此时降低X轴上一个风机的转速，摆杆将会带动激光头在X轴上画一条直线，当达到一定的倾斜角度时，单片机可根据角度计算出此时距离中心的距离是否>=25cm，若达到要求后，此风机减速，X轴反方向上电机逐渐加速，恢复到初始速度，反方向做相同的运动。在此过程中，单片机做出A/D采样，Y轴方向方向风机随时做出矫正，防止发生轨迹偏移。 机械结构方案设计 由于摆杆长度（60cm~70cm）较长，且要求激光头在地面画出15cm~35cm的圆，所以要求横杆的距离要足够长。横杆长度较长加之摆杆重量较大，所以要求底座要有足够的重量来支撑整个系统。如果结构不稳或者重量不够，摆杆运动过程中将会产生倾倒或者抖动等现象，影响测试结果。于是，底座采用了“工”型结构，保证了整个系统的稳定性。摆杆材料方面，我们选用轻便的硬质铁质材料与风机进行刚性连接，既 2015年全国大学生电子设计竞赛获奖名单 2安徽本科A安徽大学朱伟风郝文博许文祥二等奖3安徽本科A安徽大学钱欢李浩南赵颖二等奖4安徽本科A安徽大学付煜欣欧博文王珏二等奖5安徽本科B安徽大学高丽蓉马晓忠刘昆二等奖6安徽本科B安徽大学鲁立宇马自强王宁诚二等奖7安徽本科D安徽大学王侨侨段玉彪李杰二等奖8安徽本科D安徽大学王庆安管州李晨轩二等奖9安徽本科B安徽工程大学解猛阮子良冯紫妍一等奖10安徽本科B安徽工程大学张汇锋卢家付钱文秀一等奖11安徽本科B安徽工程大学翟宇陈强马艳艳二等奖12安徽本科B安徽工程大学彭国梁潘钺高磊二等奖13安徽本科G安徽工程大学江柳董子汉张南飞一等奖14安徽本科C安徽工程大学机电学黄涛李琦刘雄二等奖15安徽本科B安徽工业大学陈小锋沈冬冬陈朋朋二等奖16安徽高职H安徽机电职业技术学恒非非耿威王志强一等奖17安徽高职I安徽机电职业技术学汪瑞李秀王明明二等奖18安徽本科A安徽师范大学李改有李亚张志豪二等奖19安徽本科G安徽新华学院陶冶胡泽报王磊一等奖20安徽本科B合肥工业大学郭延锐金志杰赵薇一等奖21安徽本科B合肥工业大学刘耀东许柯赵廷碧二等奖22安徽本科A合肥学院石响汪程禹芮二等奖23安徽本科B合肥学院龙军华童鹏吴兴林二等奖24安徽本科B河海大学文天学院朱宏伟桂青青二等奖25安徽本科B解放军电子工程学院李云成熊力黄超一等奖26安徽本科D解放军电子工程学院陈乐东许超辛立刚二等奖27安徽高职H芜湖职业技术学院袁川方宇谢朋二等奖28安徽高职I芜湖职业技术学院陈家玉姚震余成林一等奖29安徽高职J芜湖职业技术学院吴杰张中姚俊二等奖30北京本科A北方工业大学吕恒宇李辰佂陈欣月一等奖31北京本科A北方工业大学黄伟超刘东侯宗祥一等奖32北京本科A北方工业大学栾文南罗琦钫张东晨二等奖33北京本科A北方工业大学刘志孟刘强熊振驭二等奖34北京本科G北京电子科技学院成容吴伊冉李城豪二等奖35北京高职H北京电子科技职业学铁丽丽师令李言一等奖36北京本科B北京工业大学孙兴伟邱永康米文昊二等奖37北京本科B北京工业大学卢佳豪赵晋王飞二等奖38北京本科D北京工业大学王岳韩扬周朔一等奖39北京本科D北京工业大学张若杨宋耀东梁佳兴二等奖40北京本科A北京航空航天大学翁启旺谭煜希王聿正二等奖41北京本科A北京航空航天大学秦文渊曹斌陈靖方二等奖42北京本科B北京航空航天大学罗雪松鞠孝亮张晓薇一等奖43北京本科B北京航空航天大学李智康屈珅李恺二等奖44北京本科D北京航空航天大学海钢锋张凯张启明二等奖45北京本科D北京航空航天大学牛泽杨佳颖刘渊二等奖46北京本科D北京航空航天大学刘雅娴王晨焱谢一平二等奖47北京本科D北京航空航天大学谭笑封刘爱东李柳二等奖48北京本科E北京航空航天大学王子钰武迪何涛一等奖49北京本科E北京航空航天大学王达威李伟孙世攀二等奖 第三届（1997 年）全国大学生电子设计竞赛题目 C 题水温控制系统 一、任务 设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1 升净水，容器为搪瓷器皿。水温可 以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。 二、要求 1．基本要求 （1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。 （2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。 （3）用十进制数码管显示水的实际温度。 2．发挥部分 （1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调 节时间和超调量。 （2）温度控制的静态误差≤0.2℃。 （3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。三、评分意见 第五届（2001 年）全国大学生电子设计竞赛题目 C 题自动往返电动小汽车 一、任务 设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽'BB车。允许用玩具汽车改装，但 不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。 跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。 在跑道的B、C、D、E、F、G 各点处画有2cm 宽的黑线，各段的长度如图1 所示。 二、要求 1．基本要求 （1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10 秒， 然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。 （2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中 心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。 （3）D～E 间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8 秒，但不允 许在限速区内停车。 2．发挥部分 （1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。 （2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。 （3）其它特色与创新。 三、评分标准 四、说明 （1）不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置。 （2）车辆（含在车体上附加的任何装置）外围尺寸的限制：长度≤35 cm，宽度≤15cm。（3）必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目 简易智能电动车（E 题） 一、任务基于STM32的风力摆控制系统的设计
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