南华大学黄智伟 控制类赛题分析

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南华大学黄智伟 控制类赛题分析 1.历届的 “控制类”赛题 “控制类”赛题是全国大学生电子设计竞赛中的一大类，在10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12题，仅次于“仪器仪表类”赛题（14题）。历届的 “控制类”赛题[1]如下所示： 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）【本科组】； ⑨ 模拟路灯控制系统（2009年I题）【高职高专组】 ⑩ 基于自由摆的平板控制系统（2011年 B 题）【本科组】 11. 智能小车（2011年 C 题）【本科题】 12. 帆板控制系统（2011年 F 题）【高职高专组】 在这12个赛题中，与电动小车有关的有7题。

 

 

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2. 历届“控制类”赛题中所用到的传感器及传感器模块 传感器及传感器模块是“控制类”赛题必不可少的组成部分。从全国获奖作品中可以看到，所使用的传感器有：温度传感器、光电传感器、超声波传感器、倾角传感器、角度传感器、音频信号检测等等[2~7]。 （1）温度传感器 在 “水温控制系统（1997年C题）”使用了温度传感器。赛题要求：温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。温度控制的静态误差≤0.2℃。获奖作品使用的温度传感器有Cu100铜热阻和AD590K集成温度传感器[2,8~12]。 从Cu100铜热电阻的技术参数可以看到，其测量精度可以到达0.1℃，而且在赛题所要求的测量温度范围内线性特性良好。利用电桥电路和运算放大器可以方便的将温度变化转换为电压变化。 AD590K集成温度传感器的测温精度为±0.3℃，测温重复性优于±0.1℃，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿（软件插值算法），可以达到±0.1℃测量精度。注意：由于AD590K的测温精度为±0.3℃，利用软件插值算法进行补偿，温度传感器的标定过程是必不可少的（温度-电压值对应关系）。 （2）光电传感器 光电传感器品种繁多，有红外发光二极管（LED）；光电接收二极管、光电接收三极管、阻挡弱光的光电三极管、光电接收达林顿管、光电施密特接收管、反射式光电组件、光电施密特对射组件、对射式编码检测器和条型码传感器等。光电接收器有光电接收二极管、光电接收三极管、阻挡弱光的光电三极管、光电接收达林顿管、光电施密特接收管等。光电传感器的种类繁多，生产厂商也很多，以“光电传感器”为关键词，可以在相关网站查询到大量的资料。 在控制类的12个赛题中，与电动小车有关的有7题[1]。光电传感器是控制类赛题中应用最多的传感器，主要有反射式红外光电传感器（如RPR220、ST188、TCRT5000等）、光敏三极管、光敏电阻等。 可以利用反射式光电传感器进行障碍物的检测，如在“自动往返电动小汽车（2001年C题）”中的应用。用于障碍物的检测的反射式光电传感器也称为红外避障传感器。红外避障传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射一定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物（反射面）时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到微控制器，微控制器可利用红外波的返回信号来识别周围环境的变化。 在与电动小车有关的赛题中，反射式红外光电传感器多用在小车运动导引黑线检测，由于黑色物体和白色物体的反射系数不同，调节反射式光电传感器与检测对象之间的距离，使光敏三极管就只能接受到白色物体反射回来的光束。而对于黑色物体由于其反射系数小，所反射回来的光束很弱，光敏三极管无法接受到反射光。利用反射光可以使光敏三极管实现导通和关断，从而实现对黑白物体的分辨。 红外反射式光电传感器可以采用发光二极管和光敏二极管（光敏三极管）组成的发射-接收电路模块，没有调制的反射式红外发射-接收器，脉冲调制的反射式红外发射-接收器。环境干扰产生的主要是直流分量，采用脉冲调制的反射式红外发射-接收器，可以有效提高信噪比，减少环境干扰。为提高黑线检测的准确性，可以采用3组反射式红外光电传感器组合进行检测。小车车速的检测可以采用红外反射式光电传感器与码盘或者鼠标的光栅轮配合来检测电机的转速来实现[3~12]。 在“液体点滴速度监控装置（2003年F题）”中，对射式的红外光电传感器用来检测点滴的速度[4]。 在“简易智能电动车（2003年E题）”中要求小车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。利用多只光敏三极管组成光源探测器，用来判断光源的位置，引导小车进库[4]。光源探测电路的功能主要是引导小车朝光源行驶，使小车具有追踪光源的功能。由于光源会发出光线和热量，可以采用光敏二极管（或者光敏三极管）传感器和热释电传感器实现追踪光源的功能。但光敏传感器构成的检测电路简单。 在“模拟路灯控制系统（2009年I题）【高职高专组】”中光敏电阻用来检测环境光照的变化，实现路灯的控制[7]。 （3）超声波传感器 超声波传感器可以用来测量距离，探测障碍物，区分被测物体的大小。在与电动小车有关的赛题中，超声波传感器主要用来测距和避障[3~12]。如在“简易智能电动车（2003年E题）” 超声波传感器用来检测行进中的两个障碍物，在“智能小车（2011年 C 题）【本科题】” 超声波传感器用来检测行进中的两个小车的距离。 超声波传感器的种类繁多，生产厂商也很多，以“超声波传感器”为关键词，可以在相关网站查询到大量的资料。常用的普通型的超声波传感器有T/R-40-XX系列、UCM-40-T/R、MA40EIS/EIR等超声波传感器，其外形、尺寸及特性基本类似。也有精密型的超声波传感器，如美国Honeywell生产的900系列超声波精密接近传感器，发射距离从100～6000（mm），声波发射角为5.9～236º，重复精度为±1mm～±5mm或测量距离的0.3%，工作电压范围为10～30V，具有数字和模拟输出形式，可在液位或料位控制、装瓶或装罐时的液位控制、工件的有/无检测、高度/宽度测量、距离测量等领域应用。 超声波检测装置包含有一个发射器和一个接收器。发射器向外发射一个固定频率的声波信号，当遇到障碍物时，声波返回被接收器接收。电路结构形式多样[3~12]。 为了方便使用，目前有一些生产厂商能够提供成品的超声波测距模块，以“超声波测距模块”为关键词，可以在相关网站查询到超声波测距模块的资料。 （4）倾角传感器 倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。倾角传感器把MCU，MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面，可以直接输出角度等倾斜数据[6,8~12]。 在“电动车跷跷板（2007年F题）【本科组】和（2007年J题）【高职高专组】”赛题中需要使用倾角传感器（如MSIN-LD60倾角传感器、SCA103T、SCA60C 、SCA61T等）。倾角传感器的种类繁多，有单轴倾角传感器、双轴倾角传感器模、高精度倾角传感器、倾角开关、倾角传感器芯片、倾斜度传感器、无线倾角传感器、倾斜度倾角模块等，生产厂商也很多，以“倾角传感器”为关键词，可以在相关网站查询到大量的资料。 （5）角度传感器（角度位移传感器） 角度位移传感器实际是一个高精度导电塑料电位器（如WDJ36-1、WDD35S、WDD35D-4等）。例如，WDJ36-II 5K角度位移传感器的线性精度为0.1%，阻值变化范围为0.5-10kΩ，阻值公差为±15%，独立线性精度为±0.1%，理论电气转角为345°±2°，机械转角为360°(连续)，寿命为3000万次，功率为2W(70℃)，电阻温度系数(ppm/℃)为<±400，工作温度范围为-55℃~125℃。外径尺寸为36.5mm，轴径为6mm。 旋转角度传感器转轴时，其电阻值随之改变，当转轴转动360°后，电阻值与旋转前的相等。因此可通过读取电阻值的大小来计算旋转的角度，也可利用ADC采样将电阻值转换为电压值来判断旋转角度。 在 “基于自由摆的平板控制系统（2011年 B 题）【本科组】”、“帆板控制系统（2011年 F 题）【高职高专组】”赛题中需要使用角度位移传感器。在“电动车跷跷板（2007年F题）【本科组】和（2007年J题）【高职高专组】”赛题中，利用摆锤原理进行平衡检测的设计方案中需要使用角度位移传感器[6,8~12]。 （6）音频信号检测 在“声音引导系统（2009年B题）【本科组】”赛题中，声音导引系统有一个可移动声源S，3个声音接收器A，B和C，声音接收器之间可以有线连接。声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线（或O’y线）的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。 音频信号检测电路模块是其重要的组成部分。电路主要由采样部分、放大部分和解码部分组成，设计方案有：驻极体电容话筒+LM393比较器，驻极体电容话筒+555定时器，驻极体电容话筒+ LM358+LM567等形式。例如，驻极体电容话筒+ LM358+LM567电路中，驻极体电容话筒MK1采样声音，经LM358放大后输入到LM567，LM567锁相输入的音频信号并进行解码，在LM567输出方波信号，输出的方波信号可以直接连接到微控制器中断输入端。

 

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3. 历届“控制类”赛题中所用到的微控制器 根据历届赛题的要求来看，赛题没有专门指定需要使用哪一种微控制器，单片机、FPGA、ARM（嵌入式微处理器）、DSP在控制类赛题中都有应用[3~12]。但赞助公司不同，通常会在个别赛题中指定使用一种该公司提供的芯片，例如：2009年NEC赞助时，指定了电机控制芯片（2009年 声音导引系统(B题)）。 （1）单片机 单片机是大学生电子设计竞赛中应用最多的微控制器，从往届获奖作品中来看，有各种不同型号的单片机在作品中被使用，如：AT89C52、AT89S51、AT89S52、MSP430F1611、MSP430F2274、Atmega128、PIC16F628A、ADuC841、C8051F022、W78E51B等等。 根据竞赛要求，单片机（包括FPGA、ARM、DSP）最小系统是可以采用成品板的，通常在赛题要求中会对其提出一些限制性的要求，如“最小系统”主要包含单片机、ADC、DAC、存储器等。 随着新技术新器件的出现，2009年全国大学生电子设计竞赛全国专家组讨论认为竞赛涉及的“最小系统”内涵应随着技术发展而变化，对于这个问题要本着与时俱进的原则，可以通过竞赛命题具体的约束条件予以调控。责任专家们建议不宜统一给出明确的“最小系统”定义，这样可能会限制学生、束缚命题，但也必须以合适的方式及早向社会表明专家组的基本态度，如竞赛命题对今年的竞赛作品将增加“性价比”与“系统功耗”指标要求，以此方式间接调控参赛学校对准备“万能化”竞赛装置的攀比追逐。在命题要求中引入“性价比”指标要求，这项建议对于调控“最小系统”使用具有积极作用。本着节能原则，专家提出设计作品应有“系统功耗”的指标要求。“系统功耗”是“性价比”的某一量化评测指标，增加这两项指标要求，得到了专家们的普遍首肯。（http://www.nuedc.com.cn/news.asp） 根据增加的“性价比”与“系统功耗”这两个指标的要求，设计时应根据赛题需要选择合适的单片机（包括FPGA、ARM、DSP）最小系统，采用不同的最小系统满足设计要求。 （2）FPGA FPGA是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array)的简称，目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，其中最大的三家是：Altera，Xilinx，Lattice，其中Altera和Xilinx占有了60%以上的市场份额，能提供器件的种类非常丰富。 FPGA有集成度高、体积小、灵活、可重配置等优点，在控制系统中得到了越来越广泛的应用。FPGA器件选型应注意的一些问题有： ? 选择主流器件（Xilinx公司、Altera公司、Lattice公司和Actel公司） ? 根据应用要求选择器件（不同型号的FPGA适合不同的应用范围，需要根据设计要求选择） ? 能够获得开发工具的支持（Xilinx，Altera，Lattice，Actel等公司都可以提供了优秀的开发工具） ? 选择器件的硬件资源（硬件资源包括逻辑资源、I/O资源、布线资源、DSP资源、存储器资源、锁相环资源、串行收发器资源和硬核微处理器资源等） ? 注意器件的电气接口标准 ? 选择器件的速度等级（注意：在满足应用需求的情况下，尽量选用速度等级低的器件） ? 选择器件的温度等级、封装、价格 ? 选择成品的开发板（在电子设计竞赛中，对于初学FPGA的学生来说，选择成品的FPGA开发板是一个不错的选择，有不少的厂商可以提供可用于电子设计竞赛的FPGA开发板，例如康芯公司的电子竞赛板KX-DVP3F，达尔EDA实验室的DL2C58等等）。 （3）ARM（嵌入式微处理器） 近年来，嵌入式系统在控制类赛题中也有使用，而且逐年增多，如：ARM LPC2138、ARM LPC2132、STM32F 32位闪存微控制器等。但基本上没有使用操作系统，而是直接在芯片级进行开发，对内部的寄存器、接口等进行编程控制。 要选择好一款适合的嵌入式微处理器，需要考虑的因素很多，除了考虑硬件接口以外，还需要考虑与其相关的操作系统、开发软件的支持、配套的开发工具、仿真器和资料，以及使用者对该微处理器的了解程度、工作经验等。 目前国内有许多公司生产ARM（嵌入式微处理器）开发板，并且能够提供相关的开发工具与参考资料，对于参加电子设计竞赛的初学者而言是一个正确的选择。 （4）DSP 近年来，DSP系统在控制类赛题中也有使用，但很少，如：TM320LF240A等。但基本上是直接在芯片级进行开发，对内部的寄存器、接口等进行编程控制。 DSP 的主要供应商目前主要有TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog 等公司，其中TI 占有最大的市场份额。DSP选型时主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、以及片内的资源（如定时器的数量、I/O 口数量、中断数量、DMA 通道数）等。 目前国内有许多公司生产DSP开发板，并且能够提供相关的开发工具与参考资料，对于参加电子设计竞赛的初学者而言是一个正确的选择。

 

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4. 历届“控制类”赛题中所用到的微控制器外围电路模块 （1） 键盘及LED显示器 键盘及LED显示器电路是最常用的输入和显示电路，通常根据控制系统需要设置键和LED显示器的多少。也有采用数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片（如ZLG7290B）构成的键盘及LED显示器电路[2~12]。 例如，ZLG7290B能够直接驱动8位共阴式数码管（1英寸以下）或64只独立的LED；能够管理多达64只按键，自动消除抖动，其中有8只可以作为功能键使用；段电流可达20mA，位电流可达100mA以上；利用功率电路可以方便地驱动1英寸以上的大型数码管；具有闪烁、段点亮、段熄灭、功能键、连击键计数等强大功能；提供有10种数字和21种字母的译码显示功能，或者直接向显示缓存写入显示数据；不接数码管而仅使用键盘管理功能时，工作电流可降至1mA；与微控制器之间采用I2C串行总线接口，只需两根信号线，节省I/O资源；工作电压范围：＋3.3～5.5V；工作温度范围为－40℃～＋85℃；该芯片为工业级芯片，抗干扰能力强，在工业测控中已有大量应用。 （2）汉字图形液晶显示器 汉字图形点阵液晶显示器也是最常用的显示器，通常采用带控制电路的显示器模块（如YM12864、RT12864M、FYD12864-0402B等）[2~12]。 例如，FYD12864-0402B是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国家1级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字，和128个16×8点ASCII字符集。LCD显示类型为STN、半透和正显，显示内容128列×64行，显示颜色为黄绿，电源电压范围为3.0～5.5V（内置升压电路，无需负压），配置侧部高亮白色LED背光，功耗仅为普通LED的1/5—1/10。外观尺寸为93×70×12.5（mm），视域尺寸为73×39（mm）。 （3）触摸屏 触摸屏在“控制类”赛题中也获得应用。触摸屏多采用带控制器的触摸屏模块。 例如，北京迪文科技有限公司生产的DMT32240S035_01WT触摸屏，其分辨率为320×240，工作温度范围为－20℃～+70℃；工作电压范围为5～28V，功耗为1W；12V时，背光最亮和背光熄灭时的工作电流分别为90mA和50mA。该模块共有33MB字库空间，可存放60个字库，支持多语言、多字体、字体大小可变的文本显示，还支持用户自行设计字库；96MB的图片存储空间，最多可存储384幅全屏图片，支持USB高速图片下载更新，图形功能完善；用户最大串口访问存储器空间为32MB，与图片存储器空间重叠；支持触摸屏和键盘，并具有触摸屏漂移处理技术；同时还内嵌拼音输入法、数据排序等简单算法处理。触摸屏模块采用异步、全双工串口（UART），串口模式为8n1，即每个数据传送采用10个位：1个起始位，8个数据位（低位在前传送，LSB），1个停止位。 （4）ADC和DAC ADC和DAC是“控制类”赛题必不可少的电路[2~12]。电路结构有采用：ADC+DAC+单片机（如AT89S52等），一些带有ADC的单片机+DAC（如ATmega128等），带有ADC和DAC的嵌入式微处理器（LPC214x、STM32F等）。 （5）无线收发模块 在“声音引导系统（2009年B题）【本科组】”和智能小车（2011年 C 题）【本科题】赛题中，用到了无线收发模块（如nRF905、nRF24L01、nRF2401等）[7~12]。控制系统设计与制作时，无线收发模块通常采用成品。目前有一些生产厂商能够提供成品的无线收发模块，以“无线收发模块”为关键词，可以在相关网站查询到无线收发模块的资料。 （6）语音模块 在“控制类”赛题中，语音模块通常用来实现语音播报功能，使系统更人性化，属于加分项目。 通常采用专用的语音芯片实现，如ISD1420、 ISD4004、 ISD2560等。例如，ISD2560是ISD系列录放语音集成电路之一，芯片内部包含有语音电路、大容量E2PROM存储器、功率放大器等等。录音过程即可以完成语音固化，所录音的内容可以永久保存，能重复录放达10万次[2~12]。 也可以采用成品的语音模块实现，例如SK-SDMP3语音模块+音频功率放大器（如LM386音频功率放大器）实现。SK-SDMP3语音模块直接支持MP3语音文件，文件来源广泛、占据容量小，容易制作、音质优美、通用性好；将SD卡作为存储媒体，存储容量大，容易复制保存，更新十分方便；存储内容按文件夹的形式编排，按名称分段存储，易存，易改；支持四种工作模式：标准模式、按键模式、并口模式、串口模式；可以播放背景音乐，广告语；可以进行任意段语音的播放；模块按照工业级设计，模块尺寸为44×4×08（mm3），电源电压为直流5～9V（内部稳压成3.3V工作电压），可以适用于各种复杂的场合[2~12]。

 

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5.历届的 “控制类”赛题中的控制对象 （1）加热器控制 在 “水温控制系统（1997年C题）”赛题中，加热器采用AC220V供电，加热器（温度）控制采用继电器或者双向可控硅。由微控制器（如单片机）产生的PWM信号，通过光耦合器（如MOC3041、TIL113）控制双向可控硅（如BTA20/600V）导通和关断[2,8~12]。 （2）直流电机和步进电机的驱动 在与电动小车有关的赛题中，直流电机驱动可以采用晶体管或者场效应管（如IRF9540等）构成的H桥式驱动电路、专用直流电机驱动集成电路芯片（如LM18200T等），以及L298 N双全桥驱动器电路。直流电机的速度控制通常采用PWM形式[3~12]。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进电机接收到一个脉冲信号，它就按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率实现步进电机的调速。步进电机的驱动控制方式与电机的结构有关，对于步进电机（如JCQC00037、17PM-K037、35BYJ26等）通常采用L297+L298N构成的步进电机驱动电路[3~12]。 为避免电机启动时电流过大，造成电源电压下降，影响控制系统正常工作。电机驱动电路与控制系统通常采用两组供电，控制器的电机控制信号通过光电耦合器（如TLP521、OPT04等）控制电机驱动电路[3~12]。

 

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6.历届“控制类”赛题中的系统控制方案和算法
“系统控制方案和算法”是控制类赛题的重点，对于不同的赛题，控制目的和要求都是不相同的，其“系统控制方案和算法” 设计也都是不相同的。而“系统控制方案和算法” 设计往往决定该赛题能否成功的关键之一。例如：
（1）水温控制系统（1997年C题）的控制方案和算法[2]
水温控制系统以AT89S52单片机最小系统为核心，由传感器检测电路、A/D转换电路、单片机系统、加热控制电路、键盘显示器电路、打印机接口电路等组成。在“水温控制系统”中采用的控制算法有：DDC控制算法、分段非线性加积分分离PI算法、模糊控制算法等。DDC控制算法利用三阶多项式拟合t-T曲线，建立系统数学模型，然后采用递归差分算法实现系统控制。在分段非线性加积分分离PI算法中，分段点是设定温度的函数。模糊控制算法利用典型的模糊控制系统规则和PWM技术实现温度的自动调节和控制。
（2）自动往返电动小汽车（2001年C题）的控制方案和算法[3]
自动往返电动小汽车（方案1）：自动往返电动小汽车（方案1）系统采用两块单片机（89C52和89C2051）作为自动往返小汽车的检测和控制核心。路面黑线检测使用反射式红外传感器，车速和距离检测使用断续式光电开关，利用PWM技术动态控制电动机的转速。使用了一套独特的软件算法，实现了小车在限速和压线过程中的精确控制。
自动往返电动小汽车（方案2）：在自动往返电动小汽车（方案2）中，单片机是整个系统的核心控制元件，光电传感器完成对跑道标志线的检测和左右挡板防撞检测，为此设置多个光电传感器，通过多个红外光电传感器对汽车运动位置和姿态进行检测。霍尔速度传感器完成对运行距离的测量；单片机通过PWM调节后轮电机运动速度，实现对汽车运行速度的调节，通过控制前轮转向电机调节汽车运动的方向，单片机通过检测四个左右防撞光电传感器的输出信号，确定汽车是否过于接近跑道左右挡板，从而发出前轮电机驱动信号，对汽车运动方向实现纠偏。单片机通过霍尔元件检测后轮的转动圈数，经计算，在显示器上显示并记录汽车的运动距离。
（3）液体点滴速度监控装置（2003年F题）的控制方案和算法[4]
液体点滴速度监测与控制装置系统由一个主站和16个从站组成，操作者可以在主站处对任意一个或若干个选定好的从站进行实时监控，也可以在现场（即从站处）控制该从站的工作状态。采用CAN总线实现远距离两线制多机通信，增加了掉电数据存储，语音报警，系统开机自检，回血报警等功能，键盘输入，液晶显示，操作界面友好。
主站采用AT89S52单片机，采用CAN总线接口芯片PCA82C250实现远距离两线制多机通信。
从站也采用AT89S52单片机。步进电机驱动电路采用L297和L298组成。采用CAN总线接口芯片PCA82C250实现远距离两线制多机通信，使用了一个蜂鸣器和一个发光二极管实现声光报警。从站还具有手动控制和传感器检测电路。
液滴检测电路采用红外对射光电传感器。为了减少环境光源的干扰、增强信噪比，设计采用脉冲调制方式。
当传感器检测到液面低于预设值（药液将要注射完毕）或传感器检测不到有水滴下落（如检测到针头回血）时，从站单片机控制语音芯片和LED工作，发出声光报警，同时向主站发出报警信息。语音报警采用ISD1420单片20秒高保真语音录放IC。
在“液体点滴速度监测与控制装置系统”中采用的控制算法有：PID、离散PID等。
（4）简易智能电动车（2003年E题）的控制方案和算法[4]
根据赛题要求，简易智能电动车系统可以划分为控制部分和信号检测部分。其中信号检测部分包括：金属探测模块，障碍物探测模块，路程测量模块，路面检测模块，光源探测模块。控制部分包括：电机驱动模块，显示模块，控制器模块，计时模块，状态和标志模块。控制部分和信号检测部分共有十个基本模块。
根据赛题要求，控制器主要用于各个传感器信号的接收和辨认、控制小车的电机的动作、控制显示车速与运行的时间、小车在停车时发出声光信号等。
（5）悬挂运动控制系统（2005年E题）的控制方案和算法[5]
根据赛题要求，悬挂运动控制系统应包含有控制和信号检测两部分，其中信号检测部分通过光电传感器检测黑色轨迹，并将检测信号传回控制器进行处理；控制部分接收并处理检测信号以及键盘输入的控制信息，通过控制步进电机的转动改变吊绳长度，实现对悬挂物体的运动控制，并实时显示悬挂物体的坐标。
控制模块为系统的核心，可以采用主、从单片机控制方式。其中，主单片机通过键盘与显示器与用户沟通，读入键盘控制信息，控制画笔伸缩模块；而从单片机控制电机的驱动和寻黑线，以及实时显示笔的坐标位置。
悬挂物体的运动控制通过控制步进电机的转动改变吊绳长度实现。两个步进电机的驱动可以采用L298N芯片实现。控制悬挂物体运动的关键是根据目标点的当前坐标和目标坐标计算出两个步进电机所需要转动的步数。
根据赛题要求，以80 cm×100 cm图纸的左下角口点为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向。并设两滑轮的中心分别为A，B，笔尖的位置为C点，L1和L2可确定其结点（即重物）的位置。因此，要想使重物运动到给定的位置C’，只需要确定L1’和L2’的长度。通过单片机精确控制步进电机1和步进电机2的转动角度，使L1和L2收缩或者伸长相应的距离，则可使重物在整个平面内任意运动。
在悬挂运动控制系统（2005年E题）中需要按照赛题给出的要求计算笔尖的位置为C点的坐标。
（6）电动车跷跷板（2007年F题）【本科组】的控制方案和算法[6]
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。
在电动车跷跷板（2007年F题）【本科组】中，采用的控制算法有：PID控制算法、模糊控制算法等。
（7）声音引导系统（2009年B题）【本科组】的控制方案和算法[7]
分析赛题要求，将声音导引系统可以分为两部分，一部分是主控制台，另一部分是以小车为载体的可移动声源。可移动声源的音频信号发生模块用于产生一定频率的音频信号，声光提示模块用于定位后的提示；主控制台的3个接收器模块用于接收音频信号，人机界面模块用于输入指示信号和显示系统数据，语音模块用于播报提示信息，无线收发模块用于两部分之间数据通信。
在声音引导系统（2009年B题）【本科组】中，通过对声源的检测与计算，控制小车达到赛题指定的位置。

黄智伟

7. 主攻“控制类”赛题方向的同学需要了解和掌握的知识点
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

黄智伟

8. 一些建议
“控制类”赛题中所涉及到的一些知识点，特别是有关自动控制理论与算法方面，对有些专业的同学来讲，在专业课程中是没有的，需要自己去搞清楚。这一点很重要。理论用来指导行动。没有理论基础，盲人摸象，行动一定会有困难。
“系统控制方案和算法设计”是控制类赛题的重点，对于不同的赛题，控制目的和要求都是不相同的，其“系统控制方案和算法设计”也都是不相同的。而“系统控制方案和算法设计”往往决定该赛题能否成功的关键之一。在训练过程中可以选择一些往届的赛题，适当做一些修改，进行培训。
电动小车是一个较好的培训载体。2011年赛前网上传说没有电动小车，结果赛题出来，不仅有电动小车，而且还需要两部电动小车。
随着全国大学生电子设计竞赛的深入和发展，电子设计竞赛从题目要求的深度、难度都有很大的提高，在竞赛规则中对微控制器选型、电路模块的采用的限制、“最小系统”的定义、“性价比”与“系统功耗”指标要求等也出现了一些变化。根据目前的竞赛规则，训练过程中制作的一些功能模块是可以在竞赛中使用的。建议训练过程中，对历届赛题中经常出现的基本电路和功能模块（如直流电机驱动模块、 步进电机驱动模块、传感器模块等）进行设计与制作，制作和掌握这些模块的使用，为竞赛做好充分的准备。
根据我们在培训过程中对学生的了解，主攻“控制类”赛题方向的同学通常对数字信号处理掌握较好，而对模拟电路、小信号处理（如2009的音频信号）缺乏训练。模拟电路知识是电子设计竞赛中的一个重点。控制类赛题也不会是纯数字量处理（如全部都是开关动作），控制类赛题也是一个模数混合的系统，从2007、2009、2011的赛题就可以看到这个趋势。主攻“控制类”赛题方向的同学需要注意和加强模拟电路方面的训练。
主攻“控制类”赛题方向的同学还可以发挥自己的想象力，考虑一下还有可能出现什么控制类的赛题，还有可能出现什么样的控制算法，还有哪些传感器可能被使用（如图像识别传感器模块、色彩传感器模块、电子罗盘模块等），在培训过程中事先训练一下。

黄智伟

9．推荐“全国大学生电子设计竞赛“十二五规划”教材”
“全国大学生电子设计竞赛“十二五规划”教材”系列丛书由黄智伟编著，北京航空航天大学出版社2011.1出版，其特点是以全国大学生电子设计竞赛所需要的知识点和竞赛技能为基础，内容丰富实用，叙述简洁清晰，工程性强，突出了设计制作竞赛作品的方法与技巧。“系统设计”、“电路设计”、“技能训练”、“制作实训”、“常用电路模块制作”和“ARM嵌入式系统应用设计与实践”六本书互为补充，构成一个完整的训练体系。
“全国大学生电子设计竞赛 系统设计（第2版）” 通过对历年的竞赛设计实例进行系统方案分析、单元电路设计、集成电路芯片选择，全面系统地介绍电子设计竞赛作品的基本设计方法，目的是使学生建立一个“系统概念”，在电子设计竞赛中能够尽快的拿出系统设计方案。
“全国大学生电子设计竞赛 电路设计（第2版）” 通过对9类140多个电路设计实例所采用的集成电路芯片的主要技术性能与特点、芯片封装与引脚功能、内部结构、工作原理和应用电路等内容进行介绍，目的是使学生全面、系统地掌握电路设计的基本方法，能够在电子设计竞赛中尽快的“找到”和“设计”出适用的电路。
“全国大学生电子设计竞赛 技能训练（第2版）”通过对元器件的选用，印制电路板的设计与制作，元器件和导线的安装和焊接；元器件的检测，电路性能参数的测量，模拟电路、数字电路和整机的调试与故障检测，设计总结报告的写作，培训学生全面、系统地掌握在电子竞赛作品制作过程中必需的一些基本技能，
“全国大学生电子设计竞赛 制作实训（第2版）”与“技能训练”相结合，通过单片机最小系统、FPGA最小系统、模拟电路、数字电路、高频电路、电源电路等30多个制作实例，掌握主要元器件特性、电路结构、印制电路板、制作步骤、调试方法、性能测试方法等内容，培养学生制作、装配、调试与检测等基本技能，使其具有一定的实际动手能力，能够顺利的完成电子设计竞赛作品的制作。
“全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作”指导学生完成电子设计竞赛中所常用的微控制器电路模块、微控制器外围电路模块、放大器电路模块、传感器电路模块、电机控制电路模块、信号发生器电路模块和电源电路模块的制作，所制作的模块可以直接在竞赛中使用。
“全国大学生电子设计竞赛 ARM嵌入式系统应用设计与实践”以ARM嵌入式系统在全国大学生电子设计竞赛应用所需要的知识点为基础，以LPC214x ARM微控制器最小系统为核心， 以LED、LCD和触摸屏显示电路，ADC和DAC电路，直流电机、步进电机和舵机的驱动电路，光电、超声波、图像识别、色彩识别、电子罗盘、倾角传感器、角度传感器，E2PROM，SD卡，无线收发器模块，CAN总线模块的设计制作与编程实例为模板，目的使学生能够简单、快捷的掌握ARM系统，并且能够在电子设计竞赛中应用。
“STM32F 32位微控制器应用设计与实践”由黄智伟编著，北京航空航天大学出版社2012.6出版，本书共分14章，系统介绍了STM32F系列32位微控制器最小系统设计，工程建立、软件仿真调试与程序下载，GPIO、USART、ADC、DAC、定时器、看门狗、SPI、I2C、CAN、SDIO接口的使用与编程，以及LCD、触摸屏、Flash存储器、颜色传感器、光强检测传感器、图像传感器、加速度传感器、角度位移传感器、音频编解码器、RFID、射频无线收发器、数字调频无线电接收机、DDS、CAN收发器、Micro SD卡、步进电机、交流调压等模块的使用与编程。本书所有示例程序都通过验证，相关程序代码可以免费下载。
本书以STM32F系列32位微控制器在全国大学生电子设计竞赛应用所需要的知识点为基础，以实例为模板，叙述简洁清晰，工程性强，可以作为高等院校电子信息、通信工程、自动化、电气控制类等专业学生参加全国大学生电子设计竞赛的培训教材。

黄智伟

10. 参考文献
1.全国大学生电子设计竞赛组织委员会. 历届题目[EB/OL].http://www.nuedc.com.cn/news.asp?bid=1，2010.5
2.全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（1994～1999）[M].北京：北京理工大学出版社，2003.3
3.全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2001）[M].北京：北京理工大学出版社，2003.1
4.全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2003）[M].北京：北京理工大学出版社，2005.3
5.全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2005）[M].北京：北京理工大学出版社，2007.2
6.全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2007）[M].北京：北京理工大学出版社，2008.12
7.全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（2009）[M].北京：北京理工大学出版社，2010.7
8.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛培训教程（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2010.6，规划教材
9.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
10.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛电路设计（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
11.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 常用电路模块制作[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
12.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛 ARM嵌入式系统应用设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
13.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
14.黄智伟.全国大学生电子设计竞赛制作实训（第2版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.1，全国大学生电子设计竞赛“十二五”规划教材
15.黄智伟.基于NI mulitisim的电子电路计算机仿真设计与分析（修订版）[M]. 北京：电子工业出版社，2011.7 ，普通高等教育“十二五”规划教材
16.黄智伟.高速数字电路设计入门[M].北京：电子工业出版社，2012.3
17.黄智伟.STM32F 32位微控制器应用设计与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2012.5
18.黄智伟.低功耗系统设计-原理、器件与电路[M].北京：电子工业出版社，2011.1
19.黄智伟、 杨案江. 超低功耗单片无线系统应用入门 [M].北京：北京航空航天大学出版社，2011，7
20.黄智伟.嵌入式系统中的模拟电路设计[M].北京：电子工业出版社，2011.1
21.黄智伟.印制电路板（PCB）设计技术与实践[M]. 北京：电子工业出版社，2009.4
22.黄正谨.电子设计竞赛赛题解析[M].南京：东南大学出版社.2003年

8fu8

什么意思？？

黄智伟

为2013全国大学生电子设计竞赛作准备

萧萧雨

分析总结的挺好的！

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limb

mark

勿忘初心

很全，谢楼主了！

灵魂指针

输出端口电话的话

Widic

分析地挺好