综合能力训练大赛赛策划.docx

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综合能力训练大赛赛策划

机械与电气工程学院

学生工程训练大赛

举办时间：

2017年5月

机械与电气工程学院

学生工程训练大赛组委会

委员长：

张承东、王炳章、鲁明珠

执行主任：

唐军、刘文慧

指挥主任：

姜荣东、杜成刚

委员：

宋翔宇、孟德越、周杨、张一驰、姚增伟、高鹏、白鹏、

宋兆新

第一部分活动概述

活动背景：

开展大学生工程训练大赛活动是应用型人才培养的一个重要环节。

通过大赛可以调动学生学习的积极性，提高实践运用能力、创新创业能力、以及团队合作能力。

为此，机械与电气工程学院在2017年5月举办“学生工程训练大赛”。

二、活动主题：

学生工程训练大赛

三、活动目的：

在活动中全面提高同学们的创新意识和创新能力，

提高专业水平，提升动手能力，同时为同学们提供一个展示自我知识与个性的平台。

四、活动时间：

2017年5月

六、活动地点：

机电实验室

七、活动对象：

机械与电气工程学院2014级、2015级、

2016级全体学生。

第二部分：

活动内容

竞赛命题说明及实施方案

2017年沧州师范学院机械与电气工程学院工程训练大赛命题包含“无碳小车越障竞赛”（“s”竞技和“8”字竞技）和“重力势能驱动的自控行走小车越障竞赛”两部分内容。

第1部分：

无碳小车越障竞赛

1.竞赛主题“无碳小车越障竞赛”

要求经过一定的前期准备后，在比赛现场完成一台符合本命题要求的可运行的机械装置，并进行现场竞争性运行考核。

每个参赛作品需要提交相关的设计、工艺2个文件及长度为3分钟的关于参赛作品设计及制作过程的汇报视频。

2.竞赛命题“以重力势能驱动的具有方向控制功能的自行小车”

设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。

该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg的标准砝码（Φ50×65mm，碳钢制作）来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。

标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。

图1为小车示意图。

图1无碳小车示意图

要求小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，不可以使用任何其他来源的能量；

要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地；

要求小车为三轮结构。

其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，允许二行进轮中的一个轮为从动轮。

具体设计、材料选用及加工制作均由参赛学生自主完成。

3.竞赛安排

每班出参赛队参加竞赛，以班级为单位。

3.1自主制作

参赛队按本竞赛命题的要求，自主设计，独立制作出一台参赛小车。

3.2集中参赛

携带在制作完成的小车作品集中参赛；

参赛作品需要提交作品的结构设计方案、加工工艺方案共2个文件（分别提交纸质版文件一式2份、电子版文件1份），文件按本竞赛组委会发布的统一格式编写；

提交一份3分钟的视频，（格式要求：

MPEG文件，DVD-PAL4:

3，24位，720x576，25fps，音频数据速率448kbps杜比数码音频48KHz），视频的内容是关于本队参赛作品赛前设计及制作过程的汇报及说明；

3.3方案文件要求

3.3.1结构设计方案文件

完整性要求：

小车装配图1幅、要求标注所有小车零件（A3纸1页）；

装配爆炸图1幅（所用三维软件自行选用，A3纸1页）；

传动机构展开图1幅（A3纸1页）；

设计说明书1-2页（A4）。

正确性要求：

传动原理与机构设计计算正确，选材和工艺合理。

创新性要求：

有独立见解及创新点。

规范性要求：

图纸表达完整，标注规范；文字描述准确、清晰。

3.3.2工艺设计方案文件

自选作品小车上一个较复杂的零件，完成并提交工艺设计方案报告

（A4，2－3页）。

要求采用统一的方案文件格式（网上下载）。

4.竞赛项目

4.1“S”型赛道避障行驶竞赛

经现场公开抽签，在±200～300mm范围内产生一个“S”型赛道第一轮障碍物间距变化值和变化方向。

竞赛小车在前行时能够自动绕过赛道上设置的障碍物，如图2。

赛道宽度为2米，障碍物为直径20mm、高200mm的圆棒，沿赛道中线从距出发线1米处开始按间距1米摆放，摆放完成后，将偶数位置的障碍物按抽签得到的碍物间距变化值和变化方向进行移动（正值远离，负值移近），形成的即为竞赛时的赛道。

以小车前行的距离和成功绕障数量来评定成绩。

参赛前，各队加载由竞赛组委会统一提供的标准砝码，在指定的赛道上进行比赛。

小车出发位置自定，但不得超过出发端线和赛道边界线。

每队小车运行2次，取2次成绩中的最好成绩。

图2无碳小车在重力势能作用下自动行走示意图

小车有效的绕障方法为：

小车从赛道一侧越过一个障碍后，整体越过赛道中线且障碍物不被撞倒或推出障碍物定位圆；连续运行，直至小车停止。

小车有效的运行距离为：

停止时小车最远端与出发线之间的垂直距离。

小车碰倒障碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离小车、小车停止或小车碰触赛道边缘挡板均视为本次比赛结束。

4.2“8”字型赛道避障行驶竞赛

竞赛场地在半张标准乒乓球台（长1525mm、宽1370mm）上，有3个障碍成“L”形放置，“L”形的长边在球台的中线上，（放置球台时“L”形的长边平行主席台方向，短边垂直且远离主席台），经现场公开抽签，在400～500mm范围内产生“L”形的长边值，在240～340mm范围内产生“L”形的短边值。

小车需绕中线上的两个障碍物按“8”字型轨迹运行，障碍物为直径20mm、长200mm的3个圆棒，圆棒中心分别放置在“L”形的3个端点上，以小车完成8字绕行圈数的多少来评定成绩，见图3。

参赛时，要求小车以“8”字形轨迹交替绕过中线上2个障碍同时不碰到第3个障碍。

各队使用组委会统一提供的标准砝码参赛。

出发点自定，每队小车运行2次，取2次成绩中最好成绩。

图3“8”字型赛道竞赛所用乒乓球台及障碍设置图

一个成功的“8”字绕障轨迹为：

两个封闭图形轨迹和轨迹的两次变向交替出现，变向指的是：

轨迹的曲率中心从轨迹的一侧变化到另一侧。

比赛中，小车需连续运行，直至停止。

小车没有绕过障碍、碰倒障碍、将障碍物推出定位圆区域、砝码脱离小车、小车停止或小车掉下球台均视为本次比赛结束。

5.成绩及奖项分配

按不同参赛项目计算各队总成绩，按各项成绩之和由高到低，设一、二、三等奖。

6场地挑战赛

本项比赛为最小障碍物间距挑战赛，分为“S”型赛道和“8”字型赛道两项进行。

“S”型赛道，要求完成连续10个障碍物成功绕行，“8”字型赛道，要求完成连续10个完整“8”字绕行。

每个参赛队可以报名参加一项挑战赛，挑战赛需提前报名，并提交挑战的最小障碍物间距和按报名最小障碍物间距成功运行的视频记录资料。

根据报名成绩排序，按“S”型赛道和“8”字型赛道分别选出10个队进入挑战赛。

挑战赛可以使用与常规赛不同的小车，但所用小车应符合本命题要求。

完成10个障碍或10个完整“8”字绕行的参赛队，按障碍物最小间距的数值，计算成绩，数值相同时，按完成时间的长短，计算成绩。

间距越小，时间越短，成绩越高。

挑战赛“S”型赛道组和“8”字型赛道组各设第一、第二、第三名奖，其余挑战成功的队获颁挑战赛成功奖。

第2部分：

重力势能驱动的自控行走小车越障竞赛

1.竞赛命题：

“重力势能驱动的自控行走小车越障竞赛”

自主设计一种符合本命题要求的小车，经赛场内外分步制作完成，并进行现场竞争性运行考核。

本题目是在往届工程训练综合能力竞赛无碳小车命题基础上的修改，保留了重力势能驱动行进的特点，增加了自主寻迹避障转向控制功能，为此赛道也有所变化。

2.命题要求

小车：

三轮结构，其中一轮为转向轮，另外二轮为行进轮，（要求2个行进轮用1.5mm厚度的钢板或可用激光切割加工且不超过8mm厚度的非金属板制作，要求行进轮轮毂与轮外缘之间至少有40mm的环形范围，这个范围将用于进行统一要求的设计和激光切割），允许二行进轮中的一个轮为从动轮。

小车应具有赛道障碍识别、轨迹判断及自动转向功能和制动功能，这些功能可由机械或电控装置自动实现，不允许使用人工交互遥控，见图4。

小车行进所需能量：

只能来自给定的重力势能，小车出发初始势能为400mm高度×1Kg砝码质量，竞赛时使用的同一规格标准砝码（钢制Φ50×65mm）。

若使用机械控制转向或刹车，其能量也需来自上述给定的重力势能。

电控装置：

主控电路必须采用带单片机的电路，电路的设计及制作、检测元器件、电机（允许用舵机）及驱动电路自行选定。

电控装置所用电源为5号碱性电池，电池自备，比赛时须安装到车上并随车行走。

小车上安装的电控装置必须确保不能增加小车的行进能量。

（小车驱动系）

转向驱动控制模块

图4小车示意图

赛道：

赛道宽度1.2米，形成长约15.4米宽约2.4米（不计赛道边缘道牙厚度）的环形赛道，其中两直线段长度为13.0米，两端外缘为曲率半径为1.2米的半圆形，中心线总长度约30米，见图5。

图5赛道示意图

赛道边缘设有高度为80mm的道牙挡板。

赛道上间隔不等（随机）交错设置多个障碍墙，障碍墙高度约80mm，相邻障碍墙之间最小间距为1米，每个障碍墙从赛道一侧边缘延伸至超过中线100—150mm。

在直赛道段设置有1段坡道，坡道由上坡道、坡顶平道和下坡道组成，上坡道的坡度3度，下坡道的坡度1.5度；坡顶高度40±2mm，坡顶长度为250±2mm。

坡道的起始位置设置在出发线2米处，出发线在平赛道上。

3.竞赛安排

每班参赛队参加竞赛，以班级形式报名。

3.1自主制作

参赛队按本竞赛命题要求，在各自所在的学校内，自主设计，独立制作出一台参赛小车。

3.2集中参赛

3.2.1制作完成的小车作品统一时间参赛；

参赛作品需提交作品的设计制作说明书，说明书分为两部分，一部分内容包括：

机械设计方案和零件加工工艺方案；另一部分包括：

电路设计方案。

（分别提交纸质版文件一式2份、电子版文件1份）。

文件按竞赛组委会发布的统一格式编写;

提交一份3分钟的视频，（格式要求：

MPEG文件，DVD-PAL4:

3，24位，720x576，25fps，音频数据速率448kbps杜比数码音频48KHz），视频的内容是关于本队参赛作品赛前设计及制作过程的汇报及说明。

3.3方案文件要求

3.3.1结构设计方案

完整性要求：

小车装配图1幅、要求标注所有小车零件（A3纸1页）；

装配爆炸图1幅（所用三维软件自行选用，A3纸1页）；

传动机构展开图1幅（A3纸1页）；

设计说明书1-2页（A4）。

正确性要求：

传动原理与机构设计计算正确，选材和工艺合理。

创新性要求：

有独立见解及创新点。

规范性要求：

图纸表达完整，标注规范；文字描述准确、清晰。

3.3.2工艺设计方案

自选作品小车上一个较复杂的零件，完成并提交工艺设计方案报告

（A4，2－3页）。

要求采用统一的方案文件格式。

3.2.3电路设计方案

完整性要求：

程序流程图1幅（A4纸1页）；

电路图1幅，要求标注所有电子元器件（A4纸1页）；

PCB板图1幅（A4纸1页）；

电路设计说明书1-2页（A4）。

正确性要求：

控制原理与电路设计正确，器件选择合理。

创新性要求：

有独立见解及创新点。

规范性要求：

图纸表达完整，标注规范；文字描述准确、清晰。

4.竞赛项目

4.1小车避障行驶竞赛

在赛道上按照相邻障碍墙之间间距为1.2米的规则，坡道前2米和圆弧赛道不设障碍墙，下坡后从坡道末端起1米处开始设置障碍墙，每隔1.2米交替设置一个障碍墙，圆弧赛道与直赛道相交处第一个障碍墙摆放位置均向直赛道退回0.5米设置，从坡道后的第一个障碍墙摆放位置（指靠中间，靠边缘位置）由组委会抽签决定，其余障碍墙依次按小车顺时针方向交替方式摆放，所有障碍墙摆放后划线以确定各障碍的具体位置；第一发车线定于距坡道前2米处，第二发车线定于坡道末端起1米处，既第一个障碍墙的位置。

参赛队携带在本校制作完成的小车，在集中比赛现场，加载由竞赛组委会统一提供的势能重块，在指定的赛道上进行避障行使竞赛，参赛选手可自由选择第1或第2发车线出发，小车出发时不准超过发车线，允许在发车线后的任意位置出发，发车角度自定，（发车位置与障碍墙有干涉时，参赛选手可提出申请先移开障碍墙，待发车后由裁判按原位移回障碍墙）至小车自行停止为止。

每队有2次机会，计算时取2次成绩中的最好成绩。

赛道中坡道位置，障碍墙摆放位置（抽签决定），第1和第2发车线位置等见图6所示。

图6赛道中发车线及坡道位置等示意图

评分标准：

小车有效的运行距离为：

从出发线开始沿前进方向所走过的中心线长度，至停止线（停止线是过小车停止点且垂直于中心线的直线）为止，每米得2分，测量读数精确到毫米；每成功避过1个障碍得8分，以车体投影全部越过障碍为判据。

多次避过同1个障碍只算1个；障碍墙被撞倒或推开均不得分。

4.2小车避障行驶竞赛

经过第一轮竞赛成绩前3名晋级第二轮避障行驶竞赛，规则同4.1。

5.成绩及奖项分配

按不同参赛项目计算各队总成绩，按各项成绩之和由高到低，设一、二、三等奖。

第3部分：

河北电子竞赛

1、目前情况

根据情况，现阶段最重要的是把模电数电这种，最基础的课程搞得熟一点。

电子竞赛的出题难度和方向比早先的时候可是难的多了，团队必须有坚定的信念，任何时候都不言放弃。

每届竞赛都会有作弊的行为，例如有指导老师动手设计制作拿去参赛的、也有直接在外面找个高手去做，做好拿去测试的。

因此，现在的题目综合性比原来的要高很多，一方面是要提高团队的配合，另一方面全国专家组的专家想从出题的角度来尽量杜绝枪手的行为，综合性的题要是要个枪手团队的话，那成本就有点高了。

2、团队选择

在团队中需要有一个相对比较全面、责任心强、善于和相关老师沟通请教、有不畏艰辛为参加电赛并且获奖决心的人来担任组长，这个组长要想尽一切办法提供便利条件：

比如实验室、买元件、联系仪器、图书资料、请教老师、外出做PCB等等很多繁琐的内容，这些内容组长都应该首当其冲的。

组长不代表有任何权利，而是付出更多。

3、需要做的准备

第一、要努力学习，好好看书，基础知识最起码要知道是怎么回事情。

第二，要打探情报，要从多方面了解往年电子竞赛的题目，哪一方面电子竞赛的题目好做一些，哪一方面题目比较难做。

电源类、信号检测和控制类、信号处理类等等。

要分析学院里指导老师比较擅长那类型的题目，就要重点研究。

第三，要多动手，一定要多动手。

必须熟悉掌握电烙铁、示波器，万用表等等仪器。

4、制作过程要求

4.1、完美的焊接工艺；2.各种仪器的熟练使用；3.各种常用元器件的识别（种类、材质、参数等等）；4.产用芯片的使用方法和引脚定义（常用运放、比较器、数字电路、AD\DA、电源芯片等等）；5.单片机的使用，6.细节，焊接工艺可靠程度、电路的布局、PCB的走线、测试点的安置、电路的安装等等。

5、赛前准备

对比几届大赛题目，电源类、信号检测和控制类、信号处理类,频率分析类，出现的次数较多，在比赛的过程中，是不允许向外界购买零件，或者是模类硬件的，所以在比赛之前我们需要做的准备。

5.1、电源模块12V、9V、5V、3.3V较为常用，如果用电池那么还要考虑升压块，如果用一些必须负电压供电的芯片，就还要把比如LM337做进去。

5.2驱动模块，电机驱动必备，也可以考虑准备CMOS，步进电机控制，继电器电路也有涉及。

5.3各类传感器模块，至少得准备寻迹光耦，霍尔传感器（A04E）和磁钢，光电槽和码盘，避障的光电开关，趋光的光敏电阻或者光敏二极管，另外最好准备些以前比赛中出现过的传感器，比如接近开关，角度传感器，超声波等等。

5.4信号处理模块，比如光耦我们希望它出来的是开关量，但要不是就得加比较器，所以配合光耦，比较器模块是必备的，信号回来需要放大，需要用到运放，适当准备几块运放的芯片；

5.5、AD/DA模块，DA在历届比赛中用的并不多，但AD却是经常出现，角度传感器进来的电压信号通过AD转化成数字；

5.6显示模块，LCD，数码管，LED，蜂鸣器一个。

5.7键盘模块，有输出，就会有输入。

5.8其他：

控制类很容易出现小车，准备一个车摸，电机是必备的，减速电机、步进电机、测速电机都准备好。

6、大赛历届题目

第六届（2003年）河北省大学生电子设计竞赛题目

电压控制LC振荡器（A题）

宽带放大器（B题）

低频数字式相位测量仪（C题）

简易逻辑分析仪（D题）

简易智能电动车（E题）

液体点滴速度监控装置（F题）

第七届（2005年）河北省大学生电子设计竞赛题目

正弦信号发生器（A题）

集成运放参数测试仪（B题）

简易频谱分析仪（C题）

单工无线呼叫系统（D题）

悬挂运动控制系统（E题）

数控直流电流源（F题）

三相正弦波变频电源（G题）

第八届（2007年）河北省大学生电子设计竞赛题目

音频信号分析仪（A题）【本科组】

无线识别装置（B题）【本科组】

数字示波器（C题）【本科组】

程控滤波器（D题）【本科组】

开关稳压电源（E题）【本科组】

电动车跷跷板（F题）【本科组】

2016年河北省普通本科院校大学生电子设计竞赛赛题

赛题A-降压型直流开关稳压电源V3

赛题B-物品分拣搬送装置V3

赛题C-自动循迹小车V3

赛题E-脉冲信号参数测量仪V3

赛题F-位同步时钟提取电路V3

赛题G-简易电子秤V3

特别说明：

本竞赛命题说明和实施方案仅作参考，具体解释和实施以比赛现场组委会公布为准，组委会有权依据现场竞赛情况对竞赛规则和实施方案做出适当调整。

机械与电气工程学院

学生工程训练大赛组委会

2017年3月