南华大学黄智伟备战2013电子设计竞赛控制类赛题分析.doc

南华大学黄智伟 备战2013电子设计竞赛 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）【本科组】 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。 南华大学黄智伟 备战2013电子设计竞赛 控制类赛题分析 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