电子设计大赛控制类题目汇总赛题分析

电子设计大赛控制类题目汇总第三届（1997年）C题水温控制系统一、任务设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。

水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。

二、要求1．基本要求（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。

（2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。

（3）用十进制数码管显示水的实际温度。

2．发挥部分（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。

（2）温度控制的静态误差≤0.2℃。

（3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。

三、评分意见四、说明(1)加热器用1千瓦电炉。

(2)如果采用单片机控制，允许使用已右的单片机最小系统电路板(3)数码显示部分可以便用数码显示模块。

(4)测量水温时只要求在容器内任意设置一个测量点。

(5)在设计报告前附一篇400字以内的报告摘要。

赛题分析：一、赛题要点：水温的范围水温调节的误差水温变化的速度打印水温变化的曲线二、参考设计方案1、水温的测量。

温度传感器（参考型号AD590K）2、加热水。

用脉冲移相触发可控硅来调节加热丝有效功率。

3、控制算法。

采用分段非线性加积分分离PI算法进行温度控制。

模糊控制算法三、一些设计中的创新1、加入报警装置，当温度变化过大时，报警。

2、通过键盘在线打印曲线与数据。

3、加入语音模块。

四、设计中的注意事项若采用1000w电炉加热1L水，控制对象的数学模型难以准确确定，所以要通过实验总结其控制特性，以确定控制算法的各项参数。

第五届（2001年）C题自动往返电动小汽车一、任务设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。

允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。

跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。

在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。

二、要求1．基本要求（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。

往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。

（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。

（3）D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速通过，通过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车。

2．发挥部分（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。

（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。

（3）其它特色与创新。

三、评分标准四、说明（1）不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置。

（2）车辆（含在车体上附加的任何装置）外围尺寸的限制：长度≤35 cm，宽度≤15cm。

（3）必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。

赛题分析一、题目要点1、要求往返一次的时间最短，中间有限速区，接近终点也要减速，故要时时对小车的速度进行调整。

2、限速区低速通过，接近终点要减速。

故要准确判断加速减速的区域，即要精确定位。

3、前轮方向要有纠偏装置，防止小车撞到挡板。

4.、车速、行驶距离要显示。

二、参考设计1、控制系统。

采用两片单片机分工协作。

2、车速和距离的检测。

检测仪器应安装在前轮。

因为后轮刹车时易打滑和反转。

○1断续式光电开关。

由于该开关是沟槽结构，可以将其置于固定轴上，再在车轮上均匀地固定多个遮光条。

让其恰好通过沟槽，产生一个个脉冲。

通过脉冲的计数，对速度进行测量。

○2开关式霍尔传感器。

该器件内部由三片霍尔金属相组成，当磁铁正对金属板时，出于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在车轮上安装磁片、而将霍尔集成片安装固定在轴上，通过对脉冲的计数进行车速测量。

○3光电码盘。

3、路面黑线检测。

○1脉冲调制的反射式红外发射—接收器○2光电传感器。

传感器的放置位置可以使小车底部的前中后，也可以是小车前面。

根据不同的位置，采用不同的算法分析。

4、停车方案。

满速前进，临近终点反向制动．到终点后再反向制动断电即停。

5、限速方案。

反向制动-----正向驱动-----反问驱动------正向驱动的循环驱动过程。

该方案通过单片机精确的驱动信号，使反向制动时间小于正向驱动时间，以达到小车总体向前缓速前进。

6、避免小车碰壁的方案。

○1超声波传感器。

超声波传感器可以给CPU提供足够精确的位置信息，使得CPU可以根据该信息精确调整小车的运行方向和状态，使小车在运行时达到最小的横向抖动。

单片机根据发射和接收到超声波的时间差判断小车离挡板的长度，根据这个数据发出前轮左转、右转或保持方向的指令．从而实现自动校正行车路线，少撞墙而快速地往返。

○2光电传感器完成对左右挡板的检测。

同时为了减小车与挡板相撞时的摩擦，可以在车体的四个角加装四个小滑轮。

三、设计中的亮点1、加入语音模块。

2、可以用实验的方法确定脉冲宽度的工作频率。

3、加装车灯，指示行驶状态。

4、刹车时，加入自动防抱死（ABS）环节。

第六届（2003年）简易智能电动车（E题）一、任务设计并制作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如下：二、要求1、基本要求（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B 点。

在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。

电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。

（2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。

C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。

（3）电动车在光源的引导下，通过障碍区进入停车区并到达车库。

电动车必须在两个障碍物之间通过且不得与其接触。

（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。

2、发挥部分（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。

（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中，要求电动车的车身完全进入车库。

（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。

（4）其它。

三、评分标准四、说明1、跑道上面铺设白纸，薄铁片置于纸下，铁片厚度为0.5～1.0mm。

2、跑道边线宽度5cm，引导线宽度2cm，可以涂墨或粘黑色胶带。

示意图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。

3、障碍物1、2可由包有白纸的砖组成，其长、宽、高约为50cm12cm6cm，两个障碍物分别放置在障碍区两侧的任意位置。

4、电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度≤35cm，宽度≤15cm。

5、光源采用200W白炽灯，白炽灯泡底部距地面20cm，其位置如图所示。

6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。

赛题分析一、题目要点1、小车的尺寸限制。

2、全程行驶时间限制，弯道速度要适宜。

3、检测到薄片且能显示金属薄片到起跑线的距离。

4、在C处停留5秒，停车期间发出断续的声光信息计时。

5、停车后，显示全程行驶时间。

6、注意到障碍物高6厘米，而光源高20厘米。

二、参考设计整个系统可以分为以下几个模块：线路跟踪金属检测光源检测避障电路路程计算模块1、路程计算。

○1光电传感器○2霍尔开关（霍尔传感器）2、线路跟踪。

○1脉冲调制的反射式红外发射接收对管。

启动时，小车跨骑在黑线上。

两个红外发射接收对管，分别安装在黑线的两侧的白色区域，输出为低电压，当走偏，位于黑线上时，输出为高电压。

因黑线较窄（2cm），为及时调整车的方向，选择比较器的阀值为2.5v，即黑白相间的位置，即开始调整。

○2光电传感器。

用三只光电开关。

一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。

○3色标传感器。

在小车的中部平行装有两个色标传感器，采用查询检测的方法对黑线进行检测3、金属检测。

○1电感式接近开关。

当金属物体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速作出反应○2金属探测传感器（涡流型铁金属探测传感器，参考型号LJ18A3-Z/BX）4、光源检测。

光敏电阻（光敏传感器）。

只用三到五只光敏电阻就可以达到目的，只是因其对光非常敏感，所以必需为每只光敏电阻加上黑色隔离板。

在各光敏电阻间用隔板隔开如此摆放可以很好的解决探测光源方位的难题，从而正确控制小车的转向．当小车行驶方向朝向光源时，中间电阻阻值为低，当小车偏移光源方向时，由于光敏电阻间挡板的遮拦作用，两侧的电阻定有一侧为低。

参考摆放位置如下图5、避障电路。

注意到障碍物高6厘米，而光源高20厘米。

故设计避障电路时，可以先寻找光源，当找到光源后，再检测障碍物，调整前进方向。

这样做，可以节省时间。

○1超声波测距。

采用超声波传感器探测障碍物。

超声波传感器安装于小车前端，在规定的检测距离内，当探测到障碍物时，超声波传感器给出脉冲信号至单片机，单片机检测到该信号后，调整小车方向，以控制小车准确的绕过障碍物。

○2反射式红外传感器○3采用试验的方法，确定一条比较精确的路线，让单片机记住（通用性差，但节省时间）三、设计中的一些亮点发挥1、因为涉及的模块比较多，故要用多片单片机协作工作。

最好增加一个时钟模块，统一系统时间。

2、软件降温。

在长转弯过程中通过设置前端转向电机间隙停转以达到降温的目的。

3、弯道要减速。

4、增加车顶彩灯等装饰，更加人性化。

附：参考元件安装方位第七届（2005年）悬挂运动控制系统（E题）一、任务设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。

在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm×100cm。

物体的形状不限，质量大于100克。

物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。

板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图如下。

二、要求1、基本要求：（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；（2）控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。