2017年重庆市高等职业院校技能大赛嵌入式技术与应用开发赛项公开赛题

2017年重庆市高等职业院校技能大赛——嵌入式技术与应用开发赛项公开赛题2017年重庆市高等职业院校技能大赛嵌入式技术与应用开发赛项公开赛题本赛题包括电路板制作和赛道任务两部分。要求参赛选手在时间内组装、调试一套电路板，并安装在交通巡逻车（嵌入式小车）上。同时，完成平板电脑应用程序的编写和测试，使之能够自动控制交通巡逻车完成赛道任务。参赛选手应严格按照竞赛规程进行比赛。第一部分嵌入式产品焊接与调试1、比赛要求大赛现场发放任务板焊接套件（含PCB板与元器件）和技术资料（电路原理图、器件位置图、物料清单）。参赛选手在规定时间内完成元器件检测和任务板焊接调试。经工艺评判后，参赛选手需将任务板安装在交通巡逻车（嵌入式小车）上。2、比赛1）元器件检测参赛选手须参照阅读物料清单进行元器件的辨识、清点和检测。元器件种类包括：电阻、电容、电感、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、蜂鸣器等。2）任务板焊接参赛选手须依据电路原理图、器件位置图、物料清单，在规定时间内完成元器件焊接，并按时上交进行焊接工艺评分。电路板元件封装包括：SIP-8、SSOP-6、SOP-8、SOP-14、SOP-16、0603、0805、1206、3528等。3）任务板调试参赛选手须根据电路原理图分析电路板功能，并使用示波器、万用等仪表进行调试（若电路板存在故障，则需要选手完成任务板装配现场排除，以现场下发的电路板为准。），使电路板功能正常。4）任务板安装参赛选手须将调试完成的电路板安装到交通巡逻车上，使交通巡逻车能够完成赛道任务。3、比赛流程任务板制作部分比赛流程如表1-1所示。表1-1任务板制作比赛流程 序号 时间 比赛流程 1 8:45~8:55 发放赛题与元器件 2 8:55~9:00 裁判讲解比赛注意事项 3 9:00 裁判长宣布比赛开始 4 9:00~9:30 参赛选手检查核对元器件 5 9:00~11:00 任务板焊接及调试 6 11:00~11:05 任务板收取 7 11:05~11:55 任务板评分 8 11:55~12:00 发还任务板4、评分标准安全操作与制作工艺部分评分标准如表1-2所示。表1-2安全操作与任务板制作工艺评分标准 评分项目 评分细则 分值 评分方式 安全操作规范（5%） 安全用电 2 过程评分（客观）（2名裁判） 环境清洁 1 操作规范 2 电子装接工艺（15%） 元器件布局 2 结果评分（主观）（5名裁判） 焊点质量与板面清洁 3 错焊漏焊 10 结果评分（客观）（2名裁判） 排障（10%） 故障检测与排除 10 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） 违纪扣分 视情节而定 裁判长 总计 30% 5、注意事项1、9:00-9:30期间，参赛队队长确认已领元器件无缺件、无损坏后，在元器件确认表上签字，若焊接套件内元器件数量和型号与竞赛试题中提供的数量和型号不符，应在9:30之前提出申请，超过规定时间更换或补领按评分标准扣分。2、参赛选手需在11:00之前完成任务板的焊接任务。3、11:00-11:05工作人员收取各参赛队电路板，如在此期间工作人员收取电路板时参赛队未上交电路板的将不予评分。11:05-11:55统一转运到电路板评分处进行统一评分。4、在焊接、组装调试期间，参赛选手限于自己工作区内活动，违者取消参赛队比赛资格。5、电路板焊接所用的元器件及套件于竞赛当天统一提供，不得使用任何自带的元器件，如有违反，以舞弊论处，取消该队参赛资格。第二部分赛道任务1、比赛要求参赛选手须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管理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管理车，并建立WiFi连接，运行应用程序。参赛选手接到比赛指令后，须将交通巡逻车和运输车标志物根据赛题要求摆放在测试赛道地图中的指定位置。（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，使交通巡逻车全程自动完成任务流程表中规定的各项赛道任务。移动终端在赛道任务测试开始后必须摆放在指定位置，测试过程中严禁选手碰触。本赛题所涉及的赛道任务仅限于：任务一：传感器应用1-1当裁判发出“开始”指令后，参赛选手按下移动终端的启动按钮，交通巡逻车进入自动控制模式，裁判计时开始。1-2交通巡逻车通过ZigBee启动多功能LED显示系统上的数字计时器。1-3交通巡逻车通过ZigBee启动ETC，并打开ETC道闸系统驶出车库，车身完全通过道闸系统后，道闸自动关闭。1-4交通巡逻车行驶至静态标志物前方，扫描记录二维码，获取字符串信息（代码M01）。1-5交通巡逻车行驶至离测距标志物最近的十字路口处，使用超声波传感器探测距离，获取距离信息(信息代码：M02)1-6交通巡逻车通过ZigBee向多功能LED显示系统发送获取的距离信息，使多功能LED显示系统第二行数码管以“JL-XXX”格式显示距离信息，其中：“X”表示0-9任一数字。1-7交通巡逻车进入自动调光系统内，依据测距信息（代码M02）按照现场给定公式f1(M02）计算得到调光档位值（代码M03），值为数字1－4，通过红外控制调节至该档位。1-8交通巡逻车通过Zigbee向语音播报系统发送语音命令，使语音播报系统播报指定语音。任务二：扫码运输2-1交通巡逻车行驶至静态标志物前方，扫描记录二维码，获取字符串信息（代码M04）。2-2交通巡逻车对LCD标志物进行拍照，获取车牌照片（代码M05），并识别车牌号码（代码M06）。2-3交通巡逻车控制LCD标志物进行翻页，并拍照获得图形照片（代码M07），通过颜色和形状识别得到M04的答案（代码：M08）。2-4交通巡逻车行驶至指定位置，根据M08的信息，控制运输车标志物行进到指定位置。2-5交通巡逻车依据获得信息按照现场给定运算f2（M06，M08）计算得到位置坐标（代码：M09），控制运输车标志物停到该坐标。2-6交通巡逻车通过红外通信向立体显示系统发送车牌号码与运输车标志物停放坐标（代码：M10）。任务三：道路行驶并入库3-1交通巡逻车行驶至指定位置，依据信息代码M01，通过现场提供的加密校验算法，计算得到校验码（代码：M11），通过红外控制打开声光报警系统或隧道排风系统。3-2交通巡逻车识别交通灯标志物的信息(代码：M12)，按照交通信号要求行驶。3-3交通巡逻车依据现场给定运算公式f3(M02，M06，M08，M09)，计算出交通巡逻车的停放车库（代码：M13），如果该车库已停放车辆，则依据现场给定运算公式f4(M13)，重新计算交通巡逻车停放车库。3-4交通巡逻车依据信息代码M13停放到该车库位置，通过ZigBee停止多功能LED显示系统的数字计时器，蜂鸣器鸣响三声关闭转向灯，裁判计时结束。比赛中涉及的信息释义：M01为二维码信息。M02为介于100-600之间的整数。测距范围：10cm-60cm；误差允许范围：±2cm；测距起点：十字路口中心点；测距终点：测距标志物表面。M03调光档值M04为二维码信息M05车牌照片M06车牌号格式为：“国XYYYXY”号码中“国”固定不变，其中X为A-Z大写字母之一，Y为0-9数字之一。M07图形照片M08获得的M04的答案为数字0-5之一。M09运输车标志物M10格式为：“国XYYYXY|XY”，其中X为A-Z大写字母之一，Y为0-9数字之一，末尾的XY代表运输标志物坐标。M11为通过加密校验算法运算得到的校验码。M12交通灯信息要求如下：禁止左转时，交通巡逻车右转并打开右转向灯；禁止右转时，交通巡逻车左转并打开左转向灯；左转时，交通巡逻车左转并打开左转向灯；右转时，交通巡逻车右转并打开右转向灯；掉头时，交通巡逻车打开两侧转向灯。M13交通巡逻车停放车库三、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2.5m×2.5m；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或实线交叉点上。其中B1、D1、F1、B7、D7、F7、这6个位置亦可作为出发位置或停车位置。图2-1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 E5 06 LCD动态显示标志物 B1 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 运输车标志物 巡逻线路上任意位置 车头朝向北或者东，方位指示见图2-1赛道地图 12 车库1 D1 13 车库2 F1 14 车库3 B7 15 车库4 D7 16 车库5 F7 17 交管中心 B7 …… …… …… ……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。具体信息以现场公布为准，将以纸质文档形式下发给各参赛队。四、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。任务流程表格式如表1-2所示。表1-2任务流程表（举例） 序号 任务要求 说明 1 任务：启动，打开计时器，开启道闸（交管中心出发） 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 …… 任务：车牌识别并公示交通巡逻车行进至坐标F2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M06），通过红外控制立体显示标志物显示获得的车牌信息(信息代码：M05)。 M06：车牌号码，例如“F324G8”；语音播报内容为：“车牌YXXXYX”，例如播报“车牌F324G8” 任务：…… 任务：加密并启动红外报警移动终端对信息代码M01中部分内容进行信道加密操作，将加密的两字节信息(信息代码M11)作为红外报警的校验码，启动报警器。 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； 任务：…… 任务：指挥运输车交通巡逻车按线路B2➙D2➙D4➙F4➙F6巡逻，使用超声波传感器探测运输车标志物位置，如发现运输车标志物，则通过语音播报运输车标志物所在位置坐标。竞赛平台依据获得信息按照现场给定运算f2（M06，M08）计算得到位置坐标（代码：M09），控制运输车标志物停到该坐标 语音播报内容“坐标XY发现运输车”，XY为所探测到的坐标位置；f2=CONNECT(NUMtoSTR(HEX(12+(M08%2)*2)),NUMtoSTR(3+(STRtoNUM(DEL(RIGHT(M06,5),3))%2)*4)) 任务：…… 公式说明：1、运算公式f中可能含有常数如年(YEAR)、月(MONTH)、日(DAY)等。2、公式f包含的计算限于下面计算和函数的组合：①基本运算：加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、求模(%)。例如：5+3*(6/2)-1=13；2015%4=3。②类型转换：文本转换成数字：STRtoNUM(STR)，例如STRtoNUM(“123”)=123。数字转换成文本：NUMtoSTR(X)，例如NUMtoSTR(456)=“456”。四舍五入取整：INT(X)，例如：INT(8.8)=9。转换为二进制：BIN(X)，例如：BIN(5)=101；BIN(F)=1111。转换为八进制：OCT(X)，例如：OCT(17)=21；OCT(1011)=13。转换为十进制：DEC(X)，例如：DEC(101)=5；DEC(7B)=123。转换为十六进制：HEX(X)，例如：HEX(101)=5；HEX(1011)=B。③数据统计：(An表示有n个元素的数组)求最大值：MAX(X1,X2,…，Xn)或MAX(An)，例如：MAX(1,2,3,2,1)=3。求最小值：MIN(X1,X2,…，Xn)或MIN(An)，例如：MIN(1,2,3,2,1)=1。求平均值：AVERAGE(X1,X2,…，Xn)或AVERAGE(An)，例如：AVERAGE(1,2,3,2,1)=1.8。计数：COUNT(X1,X2,…，Xn)或COUNT(An),例如：COUNT(1,2,3,2,1)=5。④逆置：REV(STR)，例如：REV“ABC”变为“CBA”。⑤数组操作（数组或字符串的元素下标从0起始）INSERT(STR,X,Y)或INSERT(An,X,Y)表示插入元素X到数组或字符串的第Y个位置上。例如：INSERT(“ABC”，“12”,2)=“AB12C”。DEL(STR,X)或DEL(An,X)表示删除数组或字符串下标为X的元素。例如：DEL(“ABCD”,1)=“ACD”。DELEQU(STR,Y)或DELEQU(An,Y)表示删除数组或字符串中与Y值相等的元素。例如：DELEQU(“ABCABC”,“A”)=“BCBC”。↑(A)数组或字符串升序排列，即由小到大。例如：↑(“132”)=“123”。↓(B)数组或字符串降序排列，即由大到小。例如：↓(“132”)=“321”。⑥字符串处理CONNECT(STRX，STRY)表示将STRY字符串连接到STRX字符串后面。例如：CONNECT(“Bei”,“Jing”)=“BeiJing”。LEFT(STR,Y)表示截取STR字符串的左边，Y为需要截取的位数。例如：LEFT(“12ABC34”,2)=“12”。RIGHT(STR,Y)表示截取STR字符串的右边，Y为需要截取的位数。例如：RIGHT(“12ABC34”,2)=“34”。SUBSTRING(STR，X,Y)表示截取STR字符串中X位置到Y位置之间的子串，包含X位置上的元素和Y位置上的元素。例如：SUBSTRING(“BeiJing”,0,2)=“Bei”。3、公式举例：f=INT(AVERAGE(M02*M02-RIGHT(M06,1)+REV(YEAR)))%5+1（2）数据处理算法数据处理算法由专家组提前确定，比赛现场公布并当场下发。算法举例：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□010100001101100□0101100100110011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：0xE0，0x31，0x50，0xD8，0x59，0x33五、比赛流程比赛流程如表2-4所示。表2-4赛道任务测试部分比赛流程 9:00-13:00 赛道任务编程 10:00-13:00 按时间表轮流进入练习赛道测试 13:00-15:00 到比赛赛道进行第一轮测试 两轮测试之间 赛道任务编程修改调试 15:00-17:00 到比赛赛道进行第二轮测试6、评分标准赛道任务测试评分标准如表2-5所示。表2-5嵌入式产品应用开发分赛项评分标准表 评分项目 评分细则 分值 评分方式 传感器应用（10%） 超声波传感器 5 结果评分（客观）（2名裁判） 光强度传感器 5 结果评分（客观）（2名裁判） 图像采集（15%） 二维码识别 5 结果评分（客观）（2名裁判） 图形颜色、形状识别 5 车牌识别 5 无线控制（15%） 红外通信 10 结果评分（客观）（2名裁判） ZigBee通信 5 行进控制（20%） 行进指定位置 20 结果评分（客观）（2名裁判） 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 更换嵌入式产品开发实训平台（限1次） 10 违纪扣分 视情节而定 裁判长 总计 70% 2、注意事项1、赛道任务练习为10:00-13:00，比赛现场至多5个参赛队共用一张测试赛道地图；各参赛队每轮测试时间为5分钟，每组测试间隔1分钟，30分钟为一个测试周期，在同一测试周期内严格按赛位号顺序由小到大开始测试，参赛队若未按时间测试则视为放弃本次测试机会。2、任务比赛测试时间为13:00-17:00，赛道任务测试区设有1组比赛专用赛道地图，选手进行两轮赛道任务测试，每轮赛道任务测试时间不超过5分钟（包括选手准备时间、平板电脑连接交通巡逻车WIFI时间、赛道任务测试时间等），超时部分不计分。3、进行赛道任务比赛时，各参赛队需要在工作人员的引导下，依次进入比赛区域。4、参赛队携带“交通巡逻车”到达比赛场地后，必须在裁判明示允许比赛后，才能将开启电源的“交通巡逻车”放入赛道出发位置。5、参赛选手的交通巡逻车在进行赛道任务比赛时全程自动控制，裁判宣布计时开始后选手不得触碰交通巡逻车或平板电脑。6、参赛选手须自行修改交通巡逻车的WIFI用户名及密码，以防止受其他参赛队的干扰。附录一：赛道标志物参赛选手须根据大赛现场抽取的任务流程表，通过交通管理车完成对标志物信息采集和功能控制任务，赛道标志物包括以下13种：（1）LED显示标志物LED显示标志物参考图片如图1所示，交通管理车可通过ZigBee等无线通信技术将数据发送给LED显示标志物。LED显示标志物可显示两行数据，每行可显示6位，每位可显示0~F中任意1位十六进制数。图1LED显示标志物参考图（2）道闸标志物道闸标志物参考图片如图2所示。交通管理车可通过ZigBee控制道闸的开启，5秒后道闸自动关闭。图2道闸标志物参考图（3）语音播报标志物语音播报标志物参考图片如图3所示，交通管理车通过ZigBee控制语音播报标志物播报语音。图3语音播报标志物参考图（4）智能照明系统标志物智能照明系统标志物参考图片如图4所示，标志物可调光照强度由小到大共分为1~4档，交通管理车通过红外通信进行光强度档位+1、档位+2、档位+3的循环控制，调节标志物的光照强度。图4智能照明系统标志物参考图（5）静态标志物静态标志物参考图片如图5所示，该标志物可放置二维码信息、颜色信息、图形信息、车牌信息等。二维码技术规格：10cmX10cm颜色信息包括：红色(255,0,0)、绿色(0,255,0)、蓝色(0,0,255)、黄色(255,255,0)、品色(255,0,255)、青色(0,255,255) 、黑色(0,0,0)、白色(255,255,255)图形信息：圆形、三角形、矩形、菱形、五角星。图形尺寸：图形外接正方形边长3cm~10cm。图5静态标志物参考图（6）LCD动态显示标志物LCD动态显示标志物参考图片如图6所示，LCD动态显示标志物可显示二维码信息、颜色信息、图形信息、车牌信息、交通指示牌信息等。LCD动态显示标志物可通过红外通信进行图片的上翻页和下翻页控制，同时也可设定自动翻页。图片格式：JPG像素：800X600图形信息：圆形、三角形、矩形、菱形、五角星。颜色信息包括：红色(255,0,0)、绿色(0,255,0)、蓝色(0,0,255)、黄色(255,255,0)、品色(255,0,255)、青色(0,255,255) 、黑色(0,0,0)、白色(255,255,255)。车牌号码格式如：“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。图6LCD动态显示标志物参考图（7）立体显示标志物立体显示标志物参考图片如图7所示。交通管理车可通过红外通信控制立体显示标志物侧边显示立体信息。30秒之后标志物自动复位。图7立体显示标志物参考图（8）警示系统标志物警示系统标志物参考图片如下图8所示，交通管理车发送红外控制指令打开声光报警器，5秒后声光报警器自动关闭。图8警示系统标志物参考图（9）隧道排风系统标志物隧道排风系统标志物参考图片如图9所示，交通管理车可通过红外通信打开隧道排风系统，5秒后隧道排风系统自动关闭。图9隧道排风系统标志物参考图（10）交通灯标志物交通灯标志物参考图片如图10所示，交通管理车通过摄像头识别交通灯所显示的交通信号，并按照交通信号要求行驶。图10交通灯标志物参考图显示屏规格为64像素×32像素；其中每个像素点LED孔径为3.75mm；LED点阵间距为4.8mm。显示屏可显示的交通信号有以下5种：1）向右转弯：2）禁止右转：3）向左转弯：4）禁止左转：5）允许掉头：（11）交通巡逻车交通巡逻车参考图片如图11所示，交通管理车通过Zigbee方式控制交通巡逻车实现交通巡逻功能。图11交通灯巡逻车参考图1/20_1550499531.vsd北南西东246BDFCE1357