全国大学生电子设计竞赛指南

WIT

简介

全国大学生电子设计竞赛（National Undergraduate Electronics Design Contest）是教育部和工业和信息化部共同发起的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。全国大学生电子设计竞赛从1997年开始每二年举办一届，每逢单数年的9月份举办，赛期四天三夜。

采用“校为基础、一次竞赛、二级评奖”的方式进行，即竞赛建立在学校广泛开展课外科技活动的基础上，积极组织学生参加全国大学生电子设计竞赛活动，每次全国竞赛后，经赛区评奖（第一级评奖）后再推荐出赛区优秀参赛队参加全国评奖（第二级评奖）。

竞赛采用全国统一命题、分赛区组织的方式，竞赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式进行。竞赛期间学生可以查阅有关纸介或网络技术资料，队内学生可以集体商讨设计思想，确定设计方案，分工负责、团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务；竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导；竞赛期间参赛队员不得与队外任何人员讨论商量。参赛学校应将参赛学生相对集中在实验室内进行竞赛，便于组织人员巡查。为保证竞赛工作，竞赛所需设备、元器件等均由各参赛学校负责提供。

竞赛题目包括“理论设计”和“实际制作”两部分，以电子电路（含模拟和数字电路）设计应用为基础，可以涉及模-数混合电路、单片机、嵌入式系统、DSP、可编程器件、EDA软件、互联网、大数据、人工智能、射频及光电器件等方面技术应用。

1）电源类：简易数控直流电源、直流稳压电源；
2）信号源类：实用信号源的设计和制作、波形发生器、电压控制LC振荡器等；
3）高频无线电类：简易无线电遥控系统、调幅广播收音机、短波调频接收机、调频收音机等；
4）放大器类：实用低频功率放大器、高效率音频功率放大器、宽带放大器等；
5）仪器仪表类：简易电阻、电容和电感测试仪、简易数字频率计、频率特性测试仪、数字式工频有效值多用表、简易数字存储示波器、低频数字式相位测量仪、简易逻辑分析仪；
6）数据采集与处理类：多路数据采集系统、数字化语音存储与回放系统、数据采集与传输系统；
7）控制类：水温控制系统、自动往返电动小汽车、简易智能电动车、液体点滴速度监控装置。

资源

• 2021全国大学生电子设计竞赛资源整合
• 【竞赛·导航】全国大学生电子设计竞赛

基础

只要有C语言基础，就可以动手学单片机 。推荐STM32系列，开发平台推荐keil 5 或 AIR。

单片机

C51

MSP430

• 零基础入门MSP430单片机视频教学合集

STM32

• STM32零基础入门教程

Keil

目前Keil有四种产品（软件）：MDK-ARM、C51、C251、C166。MDK-ARM有四个可用版本，分别是MDK-Lite（免费评估版）、MDK-Essential（基础版）、MDK-Plus（标准版）、MDK-Professional（专业版）。所有版本均提供一个完善的C / C++开发环境，其中MDK-Professional还包含大量的中间库。

• Keil系列教程
  
  • Keil MDK下载安装
  • Keil的使用方法（汇总）

控制类

培训流程

1. 熟悉C51单片机的IO端口应用、定时器、串行通信、ADC/DAC模块、。
   
   • IO口的结构、引脚功能、操作基本流程，键盘输入控制、中断控制、寄存器。
     
     • 多模式切换的流水灯
     • 数码管显示按键信息
2.

赛题分析

待补充。

备战

方案设计

拿到题目一定要审题，需要哪些传感器，哪些材料，实现的方式等，防止后期方案返工。系统方案的确定，可以分为总体实现方案、子系统实现方案、部件实现方案。

1. 确定设计的可行性。查阅有关资料，充分地进行讨论，从原理、元器件、测试、制作、时间等方面进行比较。
2. 明确方案的内容。
   
   • 系统的外部特性：主要功能，输入信号和输出信号形式与关系，测量仪器仪表与方法。
   • 系统的内部特性：基本工作原理，实现方法，控制流程，硬件结构，软件结构，各子系统、部件之间的关系与设计。
   • 系统的测量方法和仪器仪表。仪表的种类、精度，测量参数形式，测量数据的记录与处理

组建控制系统

控制系统一般包括检测电路，控制电路，驱动电路，机械系统。对应有处理器平台，信号输出通道，模拟输入通道，信息显示，系统电源，传感器，执行机构。

• 传感器模块制作和编程：
  ① 循迹光耦（一般是黑线）也可以借鉴飞思卡尔只能车大赛，循导线（带有一定频率的导线）。
  ② 趋光模块（光敏电阻或者光敏二极管）；
  ③ 霍尔传感器
  ④ 接近开关（探测金属）
  ⑤ 超声波传感器（测距，避障）
  ⑥ 红外（无线遥控，避障）
  ⑦ 角度传感器
  ⑧ 加速度传感器
  ⑨ 湿度传感器
  ⑩ 烟雾传感器，温度传感器
  ⑪ 颜色传感器
• 微控制器电路模块制作和编程：确定一类竞赛用的单片机最小系统。把各种接口都使用一遍，建立自己的代码库，到时候用直接调用即可。
  
  • 外设读取程序
  • 传感器的读写、信号处理、校正、融合
  • 电机控制程序
  • 人机交互界面程序
• 外围电路模块制作和编程：
  
  • 键盘及显示器模块
  • 通信模块
  • 模拟接口（信号处理模块）：ADC 模块、DAC 模块、比较器、放大器，
  • 驱动模块：
• 电机控制电路模块制作和编程
  
  • 直流电机驱动模块、步进电机驱动模块、测速电机模块、舵机控制模块、光电隔离模块等等。
• 单片机外接人机模块：
  
  • 数码管显示，液晶显示，LED灯，蜂鸣器，矩阵键盘，独立键盘。
  • 声控模块，语音播放模块，录音模块
• 电源模块。掌握供电电源特性与正确的使用方法。
  
  • 建议采用分离式的电源分别供电，功率较大的元器件采用一组电源供电，微控制器部分采用另外一组电源供电，两组电源相互隔离。
  • 微控制器可以采用开关稳压器供电。
  • 如果控制系统中有小的传感器信号（模拟信号）需要处理，这一部分电路建议采用线性稳压器电路对其进行供电。
  • 采用分离式（隔离式）供电的系统，控制信号采用光耦进行传输。
  • 对于移动式作品，如电动小车、飞行器等，建议采用锂电池供电。
• 电动小车制作

电动车跷跷板（2007 年 F 题）：

根据赛题要求，一个典型的系统以两片单片机作为电动车运动控制系统的核心，两片单片机协同工作，利用角度传感器、光电传感器等检测电动车运动状态，对步进电机或者直流减速电机进行控制，实现小车在跷跷板上的往返运动、寻找平衡点以及自动循迹驶上跷跷板等功能。

2022年湖北省大学生电子设计竞赛
小车跟随行驶系统（C题）

设计一套小车跟随行驶系统，采用TI的MCU，由一辆领头小车和一辆跟随小车组成，要求小车具有循迹功能，且速度在0.3 ~ 1m/s可调，能在指定路径上完成行驶操作，行驶场地的路径如图1 所示。其中，路径上的A点为领头小车每次行驶的起始点和终点。当小车完成一次行驶到达终点，领头小车和跟随小车要发出声音提示。领头小车和跟随小车既可以沿着ABFDE圆角矩形（ 简称为内圈 ）路径行驶，也可以沿着ABCDE的圆角矩形（ 简称为外圈 ）路径行驶。当行驶在内圈BFD段时，小车要发出灯光指示。此外，在测试过程中，可以在路径上E点所在边的直线区域，由测试专家指定位置放上“等停指示”标识（见图1左侧），指示领头小车在此处须停车，等待5秒后再继续行驶。

以 MSP430F149 单片机为控制核心，结合 PID 算法，设计制作了小车跟随行驶系统。系统包含稳压模块，循迹模块，通信模块，测距模块，电机驱动模块以及控制终端。

• 系统上电后在领头的控制终端发送要完成的相关任务，该命令会通过系统搭载的蓝牙模块发送给跟随小车，两小车依靠循迹模块和测距模块并结合 PID 算法沿地面规定路线移动。
  
  • 采用蓝牙 HC-05 模块，稳定性好、功耗低，带宽大。
  • 采用灰度传感器检测黑白虚线标记线。还可加装定制遮光罩和LED 灯光补光。（为什么不用红外传感器？）
• 为达到对小车速度的可控，小车搭载编码电机，可时时监测车轮转速并把相关信号返回个单片机处理，产生相应占空比的 PWM 和速度 PID 算法来达到控制车速的目的。
  
  • 采用直流减速带编码器的电机（编码电机），其自带编码器可以方便的将信息传回到控制器。
  • 通过 PWM 调节输出电压可以控制左右直流减速电机的转动速度，就可以实现小车的速度调节以及方向控制。
• 停车时两车的距离以及小车的跟随依靠超声波测距，实时反馈两车的距离，采用位置 PID 算法来准确控制小车相隔距离，距离较远则跟随小车加速，反之距离较近则小车减速。
• 小车行驶某一路段或某一地点时，小车应作出相应动作，由实时反馈量结合相关算法知道小车的移动速度，进而知道小车的位置来实现。
• 电路设计
  
  • 驱动电路
  • 灰度循迹电路
  • 电源模块电路：智能小车一般搭载 12V 锂电池组作为智能小车系统的电源使用，直接将 12V 锂电池组并联两个降压模块，一个降成 5V，一个降成 3.3V。方便系统的使用。
• 采用 OLED 显示屏。

机器视觉

• 图像获取。
• 预处理。特征提取。实时性。
• 抗干扰：光学方法，算法改进。

设计与制作

• 机械机构。设计+制作+调试。
• 电路。设计+制作+调试。
• 人机界面。调参数+设置动作。

提升控制系统性能

可靠性，稳定性。指标分析。

重点评测控制系统在指定输入情况下：响应时间（基础指标），稳态误差，重复性（控制系统永恒追求），超调量（动态过程），抗干扰能力（环境或人为）。