全国大学生,电子设计竞赛,控制类备战刚要.pdfVIP

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；  加速度测量：陀螺仪，如ENC03 等；  距离测量：超声波传感器，激光传感器，光电接近开关；  黑线检测：光电对管；  …. 2.3 输入输入设备  键盘，分立式按键，矩阵键盘；  显示屏：简单的液晶显示屏，如LCD1602，LCD12864 等；  串口：串口在调试中具有十分重要的作用，务必掌握； 2.4 供电电源  基于7805 芯片的供电模块，简单但不推荐，该电路热功耗极大，效率低；  基于2596 等同类开关电源芯片的供电模块，稍微复杂一点，但是热功耗低，效率高， 为推荐电路；  供电源：非移动控制系统（如自由摆、旋转倒立摆、风力摆），由于耗电量大，建议由 220V 民用电降压的获取；移动控制系统（如智能小车，四旋翼飞行器），建议采用高性 能锂电池供电； 3 、数据采集通信方式 在使用传感器的过程中，通信方式是绕不开的话题。比如，将倾角传感器采集到的倾角 数据传回单片机，数据如何传输呢？目前传感器数据传输采用的制式有两种：  模拟量：也就是电压信号，单片机对其进行读取时，须先经过 A/D 转换，一般的单片 机均自带A/D 转换器，因此，可以直接读取，方便，但是数据易受干扰，稳定性差；  数字量：传感器芯片将采集到的数据进行预处理之后以数字信号的形式返回单片机，常 用的通信方式为IIC，SPI ；  鉴于，目前大多数传感器采用数字式传输方式，SPI、IIC 两种数据通信方式需要掌握， 同时需要注意，