高职组GZ021嵌入式技术与应用开发赛项公开赛题.docx
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高职组GZ021嵌入式技术与应用开发赛项公开赛题
2016年全国职业院校技能大赛
GZ-021嵌入式技术与应用开发赛项赛题
嵌入式技术与应用开发赛项由“嵌入式产品装配调试（分赛项A）”、“嵌入式产品应用开发（分赛项B）”两个分赛项组成。
每个分赛项使用独立的竞赛平台（嵌入式小车）。
本赛项试题由两套独立的分赛项试题组成，独立评分评奖。
本试题以智慧交通为主题，赛道地图模拟了城市交通环境，竞赛平台（嵌入式小车）模拟为交通巡逻车。
第一部分嵌入式产品装配调试赛题（分赛项A）
1、比赛要求
“嵌入式产品装配调试”分赛项要求参赛选手完成功能电路板的焊接、调试、故障排除，并将其装配到交通巡逻车上。
参赛选手需编写硬件控制程序使交通巡逻车在模拟的交通环境中自动完成赛题所规定的各项赛道任务。
大赛现场抽取赛道任务流程表、现场发放功能电路板套件（含设有故障的PCB板、元器件）和技术资料（电路原理图、器件位置图、物料清单）。
2、比赛内容
1）元器件检测
参赛选手须完成元器件的辨识、清点和检测。
本赛题所涉及的元器件种类仅限于：
电阻、电容、电感、二极管、三极管、电位器、LED、555定时器、晶振、CMOS逻辑门电路、集成稳压块、光强度传感器、光敏电阻、超声波传感器、红外传感器、射频识别芯片、解调芯片、蜂鸣器、拾音器。
2）电路板焊接
参赛选手须完成功能电路板的焊接，并在规定时间内上交。
本赛题所涉及的贴片元器件封装仅限于：
SIP-8、SSOP-6、SOP-8、SOP-14、SOP-16、0603、0805、1206、3528、SMA、SOT-23、SOT-223。
3）电路板调试
参赛选手须排除功能电路板故障，调整电路参数，使功能电路板工作正常，并在规定时间内上交供裁判评分使用。
本赛题所涉及的电路故障仅限于：
缺焊、虚焊、假焊、错焊、漏焊、断线、短路。
所涉及的电路参数调整仅限于：
电位器阻值调整、拨动开关状态设置、短路帽的接入选择。
4）交通巡逻车的装配
裁判组完成功能电路板评分后，将其返还到各工位。
参赛选手须将功能电路板和RFID读卡器按装配图要求装配到交通巡逻车上（大赛现场发放RFID读卡器和装配图）。
5）硬件编程与调试
参赛选手须依据本赛题给定的赛道地图和标志物摆放位置，以及现场随机抽取的任务流程表进行STM32单片机硬件编程，编程过程中可以按时间表使用练习赛道进行调试。
6）赛道任务
本赛题所涉及的赛道任务仅限于：
任务A1：
交通巡逻车前进/后退/左转/右转/停止。
任务A2：
交通巡逻车循迹前进至第一个十字路口处。
任务A3：
交通巡逻车控制左/右转向灯开启或关闭。
任务A4：
交通巡逻车打开/关闭蜂鸣器。
任务A5：
交通巡逻车双色灯开关控制或颜色（红、黄、绿）控制。
任务A6：
交通巡逻车通过红外控制智能照明系统亮度档位。
任务A7：
交通巡逻车通过红外控制警示系统的开启/关闭。
任务A8：
交通巡逻车通过红外控制隧道排风系统开启。
任务A9：
交通巡逻车通过红外控制立体显示标志物显示指定信息。
任务A10：
交通巡逻车通过红外控制LCD动态显示标志物翻页。
任务A11：
交通巡逻车获取RFID射频卡信息供其它任务使用。
任务A12：
交通巡逻车通过ZigBee控制LED显示标志物计时启动/停止或显示指定信息。
任务A13：
交通巡逻车通过ZigBee控制道闸标志物的开启/关闭。
任务A14：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车到达指定位置或按照指定路线行进。
任务A15：
交通巡逻车通过超声波传感器进行测距或探测前方障碍物。
任务A16：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车的机械手，抓取置物台标志物上的物体或故障车标志物，并将其放置到指定位置。
任务A17：
交通巡逻车通过ZigBee控制语音播报标志物播报指定信息。
任务A18：
交通巡逻车按照指定路线行进或到达指定位置。
3、地图与标志物摆放位置
赛道地图如图1-1所示，尺寸规格为2.4m×2.4m；其赛道宽度为30cm；循迹线宽度为3cm。
图中纵向虚线编号为A~G；横向虚线编号为1~7，赛道标志物将置于横纵虚线交叉点上。
其中F7为交管中心（交通巡逻车车库），D7为救援中心（救援车车库），C7为维修中心（故障车标志物停放位置）。
图1-1参考赛道地图
标志物摆放位置如表1-1所示。
表1-1标志物摆放位置表
序号
设备名称
摆放位置
备注
01
LED显示标志物
A4
02
道闸标志物
E7
03
语音播报标志物
A5
04
智能照明系统标志物
B7
05
静态标志物
D1和E5
06
LCD动态显示标志物
B1和F1
07
立体显示标志物
E3
08
警示系统标志物
F7
09
隧道标志物
C4
10
交通灯标志物
G4
11
交管中心
F7
12
救援中心
D7
13
维修中心
C7
14
故障车标志物
巡逻线路上任意位置
现场抽取
15
置物台标志物
巡逻线路上任意位置
现场抽取
注：
部分赛道标志物形状不规则，或者任务特殊需求，摆放时可能偏离交叉点。
因此，标志物的位置应以赛场实际摆放位置为准。
4、任务流程表
任务流程表描述巡逻车行进路线和需要完成的任务，须在现场抽取，当场公布。
任务流程表格式如表1-2所示。
表1-2任务流程表
序号
任务要求
说明
1
任务1：
按指定路线巡逻
交通巡逻车须按以下路线进行巡逻：
G6-F6-D6-B6-B4-D4-D6-F6-F7。
交通巡逻车在开始运动之前须启动LED显示标志物的定时器开始计时，巡逻完成入库后，打开蜂鸣器响三声，停止LED显示标志物的定时器计时，赛道任务完成。
巡逻车须按顺序逐步到达各坐标位置。
计时器在交通巡逻车开始移动之后开启、或在入库之前停止、或中途暂停、或未启动，均按3分钟计时。
2
任务2：
射频卡读取
交通巡逻车获取RFID射频卡中信息。
RFID卡随机摆放在F6-D6-B6寻迹黑线上。
RFID的数据块地址为：
1；
射频卡中信息格式为字符串，例如：
“A1C2E3G7”
3
任务3：
照明设置
交通巡逻车通过红外控制智能照明系统亮度到指定档位。
交通巡逻车通过ZigBee控制语音播报标志物播报指定信息。
指定档位值为：
3档。
播报指定信息为：
“已将照明系统档位修改为3档”。
4
任务4：
隧道排风
交通巡逻车在B4-D4行进，当交通巡逻车进入隧道排风系统中时，使用6字节红外控制码开启排风系统。
6字节红外控制码为：
A1B2C3D4E5F6
5
任务5：
信息公示
交通巡逻车行进至坐标D4位置时，通过红外控制立体显示标志物显示指定信息。
指定信息是指任务2中获取的RFID字符串信息,通信协议见立体显示标志物控制指令结构之车牌显示模式。
6
任务6：
道路救援
交通巡逻车暂停巡逻，并控制左右转向灯同时开启。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车到达坐标D2。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车的机械手，抓取置物台标志物上的小球并将其放置到指定位置上。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车返回救援中心。
交通巡逻车继续巡逻，并控制左右转向灯同时关闭。
置物台标志物摆放位置说明:
小球及置物台底座坐标D1；
抓取后小球放置于坐标E7的回收站内；
以现场摆放位置为准。
7
任务7：
开闸入库
交通巡逻车通过zigbee控制道闸标志物开启，要求在闸杆落下之前，交通巡逻车到达指定位置。
指定位置为：
F7
五、比赛流程
嵌入式产品装配调试分赛项比赛流程见表1-3所示。
表1-3嵌入式产品装配调试分赛项比赛流程表
序号
时间
比赛流程
1
9:
20-9:
25
发放赛题与元器件
2
9:
25-9:
30
裁判讲解比赛注意事项
3
9:
30
竞赛第一阶段开始
4
9:
30-10:
00
参赛选手检查核对元器件
5
9:
30-11:
00
功能电路板焊接、排障
6
11:
00-11:
10
功能电路板收取
7
11:
10-12:
20
功能电路板评分
8
12:
20-12:
30
功能电路板发还
9
12:
30-14:
00
参赛选手进行嵌入式系统调试
10
14:
00-17:
30
竞赛第二阶段：
赛道任务与功能验证
11
14:
00-15:
00
第一轮功能验证
12
15:
00-16:
30
参赛选手进行嵌入式系统调试
13
16:
30-17:
30
第二轮功能验证
注：
比赛如遇特殊情况，以现场实际调度时间为准；两轮功能验证测试之间，保证每个参赛队的调试时间相同，以确保公平。
六、评分标准
嵌入式产品装配调试分赛项评分标准见表1-4所示。
表1-4嵌入式产品装配调试分赛项评分标准表
评分项目
评分细则
分值
评分方式
安全操作规范（10%）
安全用电
4
过程评分（客观）
（2名裁判）
环境清洁
3
操作规范
3
电子装接工艺
（25%）
元器件布局
5
结果评分（主观）
（5名裁判）
焊点质量
5
板面清洁
5
错焊漏焊
10
结果评分（客观）
（2名裁判）
排障（20%）
故障检测与排除
20
赛道任务与功能验证（35%）
交通巡逻车控制
10
过程评分（客观）
（分组进行，每组2名裁判独立评分）
传感器应用
10
无线控制
10
其他赛道任务
5
功能竞赛
（10%）
完成任务的精度与时间
10
结果评分（客观）
（2名裁判）
扣分项
超过规定时间更换或补领元器件（每个）
1
过程评分（客观）
（2名裁判）
更换功能电路板（限1次）
10
更换竞赛平台（限1次）
10
违纪扣分
视情节而定
裁判长
总计
100%
说明：
本赛题所涉及的竞赛平台、标志物使用说明、通信协议等技术资料均由大赛支持企业提供。
第二部分嵌入式产品应用开发赛题（分赛项B）
1、比赛要求
“嵌入式产品应用开发”分赛项要求参赛选手根据大赛现场抽取的任务流程表编写Android应用程序，使移动终端能自动控制交通巡逻车在模拟的交通环境中完成各项赛道任务。
2、比赛内容
1）编程调试
参赛选手须依据本赛题给定的赛道地图和标志物摆放位置，以及现场随机抽取的竞赛参数进行Android编程，编程过程中参赛选手可以按时间表使用练习赛道进行调试。
2）测试准备
参赛选手接到候场指令后，到达指定赛道处候场准备。
按裁判要求启动平板电脑和交通巡逻车，运行应用程序，并建立WiFi连接。
参赛选手接到比赛指令后，须将交通巡逻车摆放在决赛赛道地图的交管中心，将救援车摆放在决赛赛道地图的救援中心。
3）赛道任务
参赛选手接到比赛开始指令后，点击移动终端上“自动运行”按钮，使交通巡逻车自动完成任务流程表中规定的各项赛道任务。
本赛题所涉及的赛道任务仅限于：
任务B1：
交通巡逻车前进/后退/左转/右转/停止。
任务B2：
交通巡逻车循迹前进至第一个十字路口处。
任务B3：
交通巡逻车控制左/右转向灯开启或关闭。
任务B4：
交通巡逻车打开/关闭蜂鸣器。
任务B5：
交通巡逻车双色灯开关控制或颜色（红、黄、绿）控制。
任务B6：
交通巡逻车识别静态标志物中的二维码，获得文本信息（信息代码：
M01）。
任务B7：
交通巡逻车识别静态标志物中的图形，获得形状与颜色信息（信息代码：
M02）。
任务B8：
交通巡逻车识别LCD动态显示标志物中的图形，获得形状与颜色信息（信息代码：
M03）。
任务B9：
交通巡逻车识别LCD动态显示标志物中车牌图片，获得车牌信息（信息代码：
M04）。
任务B10：
交通巡逻车识别交通灯标志物中的显示信号，获得交通信号信息（信息代码：
M05）。
任务B11：
交通巡逻车进入智能照明系统标志物内，测量当前照明亮度档位（信息代码：
M06）。
任务B12：
交通巡逻车使用超声波传感器测距获得距离信息（信息代码：
M07）
任务B13：
交通巡逻车使用超声波传感器探测故障车标志物位置信息（信息代码：
M08）
任务B14：
移动终端对交通巡逻车从二维码中获取的信息进行解密，得到明文信息（信息代码：
M09）。
任务B15：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车到达指定位置。
（指令代码：
K01）
任务B16：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车的机械手，抓取故障车标志物并将其放置到指定位置（指令代码：
K02）。
任务B17：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车的机械手，抓取置物台标志物上的物体并将其放置到指定位置（指令代码：
K03）。
任务B18：
交通巡逻车通过ZigBee控制道闸开启或关闭（指令代码：
K04）。
任务B19：
交通巡逻车通过ZigBee控制语音播报标志物播报指定信息（指令代码：
K05）。
任务B20：
交通巡逻车通过ZigBee向LED显示标志物发送控制指令（指令代码：
K06）。
任务B21：
交通巡逻车进入智能照明系统标志物内，通过红外控制其开启到指定档位（指令代码：
K07）。
任务B22：
交通巡逻车进入警示系统标志物内，通过红外控制报警系统开启或关闭（指令代码：
K08）。
任务B23：
交通巡逻车进入隧道标志物后，通过红外控制隧道排风系统开启（指令代码：
K09）。
任务B24：
交通巡逻车通过红外控制立体显示标志物显示指定内容（指令代码：
K10）。
任务B25：
交通巡逻车通过红外控制LCD动态显示标志物翻页（指令代码：
K11）。
任务B26：
移动终端对待发送的信息，进行信道编码或加密操作，生成控制指令（指令代码：
K12）。
任务B27：
交通巡逻车到达指定位置。
任务B28：
交通巡逻车按指定路线行进。
任务B29：
交通巡逻车返回交管中心入库。
任务B30：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车到达指定位置。
任务B31：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车按指定路线行进。
任务B32：
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车返回救援中心并入库。
3、赛道地图及标志物摆放位置
赛道地图如图2-1所示，尺寸规格为2.4m×2.4m；其赛道宽度为30cm；循迹线宽度为3cm。
图中纵向虚线编号为A~G；横向虚线编号为1~7，赛道标志物将置于横纵虚线交叉点上。
其中F7为交管中心（交通巡逻车车库），D7为救援中心（救援车车库），C7为维修中心（故障车标志物停放位置）。
图2-1参考赛道地图
标志物摆放位置如表2-1所示。
表2-1标志物摆放位置表
序号
设备名称
摆放位置
备注
01
LED显示标志物
A4
02
道闸标志物
E7
03
语音播报标志物
A5
04
智能照明系统标志物
B7
05
静态标志物
D1和E5
06
LCD动态显示标志物
B1和F1
07
立体显示标志物
E3
08
警示系统标志物
F7
09
隧道标志物
C4
10
交通灯标志物
G4
11
交管中心
F7
12
救援中心
D7
13
维修中心
C7
14
故障车标志物
巡逻线路上任意位置
现场抽取
15
置物台标志物
巡逻线路上任意位置
现场抽取
注：
部分赛道标志物形状不规则，或者任务特殊需求，摆放时可能偏离交叉点。
因此，标志物的位置应以赛场实际摆放位置为准。
4、竞赛参数
参赛选手须依据现场随机抽取的竞赛参数进行编程，竞赛参数包括任务流程表和数据处理算法两种。
（1）任务流程表
任务流程表描述巡逻车行进路线和需要完成的任务，须在现场抽取，当场公布。
其格式如表2-2所示。
表2-2任务流程表
序号
任务要求
说明
1
任务1：
按指定路线巡逻
交通巡逻车须按以下路线进行巡逻：
G6➙F6➙D6➙B6➙B4➙B2➙A2➙B2➙D2➙D4➙F4➙F6➙F7。
交通巡逻车在开始运动之前需启动LED显示标志物的定时器，巡逻完成入库后停止LED显示标志物的定时器，并打开蜂鸣器响三声后停止。
巡逻车需按顺序逐步到达各坐标位置。
计时器在交通巡逻车开始移动之后开启、或在入库之前停止、或中途暂停、或未启动，均按5分钟计时。
在指定的巡逻路线中如果遇到故障车，优先执行任务6。
2
任务2：
照明设置
交通巡逻车从坐标F6行进至坐标D6时，识别静态标志物中的二维码，获得文本信息（信息代码：
M01）；交通巡逻车进入智能照明系统标志物内，测量当前照明亮度档位（信息代码：
M06）。
交通巡逻车通过ZigBee控制语音播报标志物播报M06信息（指令代码：
K05）。
然后通过红外控制智能照明系统开启到指定档位（指令代码：
K07）。
M01为二维码中的字符串，例A12b\BnY（yEeFf,3”GgHd）
包含大小写字母、数字和其它符号（仅限于示例中所出现的符号）。
M06为1、2、3、4之一。
K05的格式为：
“当前档位为M06档”。
K07中的指定档位为：
M01中第一个非零数字。
3
任务3：
LCD图形颜色识别
交通巡逻车行进至坐标B2位置时，通过红外控制LCD动态显示标志物翻页（指令代码：
K11）。
识别LCD动态显示标志物中的图形，获得形状与颜色信息（信息代码：
M03）。
通过ZigBee向LED显示标志物发送控制指令（指令代码：
K06），在LED显示标志物的第二行显示识别的图形形状及个数。
在LED显示标志物的第二行显示的格式为：
AXBYCZ，
其中，A为固定显示，X为数字0~9之一，值为矩形的数量；B为固定显示，Y为数字0~9之一，值为圆形的数量；C为固定显示，Z为数字0~9之一，值为三角形的数量；
例如：
A1B2C3：
表示矩形1个，圆形2个，三角形3个。
交通巡逻车需自动翻页查询LCD中图形颜色图片。
4
任务4：
车牌公示
交通巡逻车行进至坐标B2位置时，通过红外控制LCD动态显示标志物翻页（指令代码：
K11）。
识别LCD动态显示标志物中的车牌图片，获得车牌信息（信息代码M04），通过红外控制立体显示标志物显示获得的车牌信息（指令代码：
K10）。
M04为：
“国XYYYXY”。
其中“国”固定不变，后面6位号码，X代表A~Z中任意一个字母，Y代表0~9中任意一个数字。
立体显示内容为车牌信息和故障车位置信息。
交通巡逻车需自动翻页查询LCD中车牌图片。
5
任务5：
红外报警
移动终端对信息代码M01进行信道编码或加密操作，生成控制指令（指令代码：
K12）；
交通巡逻车进入警示系统标志物内，通过红外控制报警系统开启（指令代码：
K08）。
K12由M01中按顺序取出所包含的7个大写字母，再进行信道编码得到的6字节的红外控制码，编码方法请参见现场发放的数据处理算法；
K08的红外控制码从K12中获得。
6
任务6：
道路救援
在巡逻过程中，各十字路口均可能遭遇故障车。
交通巡逻车使用超声波传感器探测故障车标志物位置信息（信息代码M08），并通过控制语音播报标志物播报故障车位置信息。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车到达故障车所在位置。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车的机械手，抓取故障车标志物并将其放置到维修中心。
交通巡逻车通过ZigBee控制救援车返回救援中心并入库。
故障车的摆放方式为以下情况之一：
1、位置D4，车头朝向D2；
2、位置F4，车头朝向F2；
3、位置B4，车头朝向B6；
4、位置D2，车头朝向D1；
5、位置B2，车头朝向A2；
M08为坐标信息，格式为“XY”。
其中X代表A~G中任意一个字母，Y代表1~7中任意一个数字。
语音播报内容为：
“在M08处发现故障车”
（2）数据处理算法
1、汉明码简介
汉明码（HammingCode），是在一种简单分组码，以发明者理查德•卫斯里•汉明的名字命名。
汉明码在传输的消息流中插入校验码，以纠正单一比特错误，或者检测一个分组中所有两个及以下错误。
由于汉明编码简单，它们被广泛应用于电信领域。
2、汉明码编码过程
（1）列出表格，从左往右填入数字，但2的次方的位置空置不填，将原始码全部填完为止。
如：
将8位数据11000010进行汉明编码，须空置1、2、4、8位，填完后共12位。
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
数据
1
1
0
0
0
0
1
0
（2）把“数据”行值为1的列的位置值进行二进制编码，填入“二进制”行的对应位置。
如：
数据中第一个“1”出现在位置“3”，则将“3”的二进制值“0011”写到下方。
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
数据
1
1
0
0
0
0
1
0
二进制
0011
0101
1011
（3）收集所有二进制数字，求异或。
如：
（4）把异或结果逆序填入表格中空置的2的次方的位置（低位在左），如位置“1、2、4、8”处分别填入“1、0、1、1”。
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
数据（编码后）
1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
1
0
二进制
0011
0101
1011
（5）最终得到编码后的码字。
如：
101110010010。
3、汉明编码算法
本算法涉及的原始信息由6个ASCII码（7bit）字符构成，编码后得到6字节数据，该数据将作为红外控制码。
具体步骤如下：
（1）将6个ASCII码（7bit）字符转换为7bit二进制数据，共42bit。
（2）空置位置为：
1，2，4，8，16，32，共6bit不填，总长度变为48bit。
（3）把“数据”行值为1的位置值进行二进制编码并求异或，得到6bit校验码。
（4）将校验码逆序填入空置位置，得到最终的6字节数据。
4、汉明编码举例
若原始信息的6个ASCII码（7bit）字符为：
ABC123
则可转化为42bit二进制数：
100000110000101000011011000101100100110011
空置后得到48bit：
□□1□000□0011000□010*********□010*********
把“数据”行值为1的位置值进行二进制编码并求异或：
110000⊕101111⊕101100⊕101011⊕101000⊕100101⊕100100⊕100010⊕011101⊕011100⊕011010⊕011001⊕010100⊕010010⊕001100⊕001011⊕000011=010011，得到6bit校验码010011
将校验码逆序填入：
111000000011000101010000110110000101100100110011
得到最终的6字节数据为：
0xE0，0x31，0x50，0xD8，0x59，0x33
5、比赛流程
嵌入式产品应用开发分赛项比赛流程见表2-3所示。
表2-3嵌入式产品应用开发分赛项比赛流程表
序号
时间
比赛流程
1
09:
30-12:
30
赛道任务编程
2
升级会员 