2018 年全国职业院校技能大赛电子产品设计及制作赛项江苏省选拔赛赛题题目:圆度测量仪的设计及制作一、竞赛任务按赛题要求，根据下发的技术资料、元器件及配件完成圆度测量仪系统的如下工作任务：1. 根据下发的文件要求，根据原理图和印制电路板约束条件，利用 Altium 软件绘制印制 电路板图；2. 根据所给资料结合传感器平台研究圆度测量仪的工作原理和功能要求；3•完成给定的STM32核心板和信号调理电路板的焊接装调任务；4. 根据赛项提供的机箱完成简单的布局设计，包括开关、电路板、插座的安装及机内走线 的规划；5. 利用提供的圆度测量仪装置，完成圆度测量仪系统的软硬件调试，使其达到规定功能要求和技术指标；二、 功能与技术要求1. 系统原理说明本赛项圆度测量仪的测试装置如下图 1所示图 1 圆度测量仪测试装置在本测试装置中，被测圆安装在直流减速电机上，由直流减速电机带动产生旋转运动， 电感式位移传感器测量用于测量被测圆的实际半径测试装置上的接线端子1、2接原边（激 励线圈），3、4和5、6分别接副边1、副边2 （两个次级线圈）；接线端子M+、M-为直流电 机的输入端； VCC、 GND、 A、 B 是电机测速模块接线端。
圆度是衡量实际圆对理想圆变动量的一项指标，其公差带是以公差值t为半径差的两同 心圆之间的区域圆度公差属于形状公差，圆度误差值不大于相应的公差值，则认为合格在实际测量中，两同心圆圆心位置的确定有最小包容区域法、最小外接圆法、最大内切 圆法和最小二乘圆法四种方法，其中最小二乘圆法也叫平均圆法，当被测圆上各测点或误差 曲线上的点至某圆圆心的距离平方和为最小时，该圆即为最小二乘圆，各测量点到该圆心的 最大距离和最小距离之差即为该被测圆的圆度误差在本赛项中假设直流减速电机的轴心即 为同心圆的圆心位置圆度测量仪被测圆的半径测量采用电感式位移传感器，电感式位移传感器的结构示意图 如图2所示：jr— ~i T■— — 亠— 二图2电感式位移传感器结构示意图位移传感器由三个依次排列的线圈和可移动铁芯工作时，激励线圈P通入交变激励电 流，次级线圈SI、S2产生与磁耦合成正比的感应电动势铁芯与被测对象固定在一起，随 着被测对象的位移，铁芯在螺线管中的位置发生变化，从而使两个副边线圈感应到不同大小 的电压如铁心向右移动，则S1电压增加，S2电压减小圆度测量仪输出PWM波驱动直流减速电机旋转，带动被测圆旋转，电感式位移传感器 测量相应角度的被测圆半径，并在液晶屏上显示测量结果。
整个系统由DCP-400-A （STM32F103核心板）、DCP-218-A（H桥PWM输出直流减速电机驱动板）、DCP-208-A（串 口 A/D转换电路板）、DCP-226-A （多功能万用板）和电源等组成2 •功能实现要求参赛队完成以下功能：（1）印刷线路板绘制根据赛项下发电子文档的PCB文件夹中给定的圆度测量仪主板原理图，完成紫色框中 参数设计区中R15、R17电阻值和C6、C7电容值的参数设计，使原理图完整在赛项 给定的PCB外形尺寸（如图3所示）进行印制电路板的设计；> 线路板约束规则要求:采用双层板，最小间距6mil,最小线宽8mil,过孔最小孔径15mil, 过孔最小直径30mil,敷铜最小间距12mil；> 绘制完成后要求生成以下文件：完成整个工程后，输出BOM表，保存为PDF格式 完成整个工程后,输出 PCB 文件> 各参赛队在设计心 时，不得改变给定的PCB文件板面尺寸大小、已给定的安装固7440.3831―COco co102,03单泣：mm107,25图3圆度测量仪主板PCB尺寸布局示意图（2）硬件焊接组装和调试> 电路板装调：根据提供的DCP400A （核心板）和信号调理电路（焊接在DCP226A多功能万用板上）的原理图、材料清单及焊接套件完成电路板焊接装配任务,装配工艺按照典型电子产品装接工艺要求执行。
各参赛队选手在裁判长宣布比赛后30分钟内完成下发元器件的核查,若元器件缺损可以申请更换,超时申请元器件将按照每申请一个扣 1 分 计入总成绩圆度测量仪信号调理电路焊接在DCP-226-A（多功能万用板）上，选手自行 设计RIO、R13电阻值和C5、C6电容值的参数，使J1点输出频率为4KHz〜5KHz的正弦 波（以示波器测试结果为准），RIO、R13、C5、C6参数的可选择范围仅限于组委会下发 的材料袋中的直插电阻和直插电容（严禁选手使用自带元件 ）圆度测量仪的装调：圆度测量仪的装调工作要求在如图 4 所示意的同规格机箱中完成 安装套件包括机箱、前面板、后面板、安装底板、DCP-400-A（STM32F103核心板）、DCP- 218-A（H桥PWM输出直流减速电机驱动板）、DCP-208-A （串口 A/D转换电路板）、DCP- 226-A （焊接在多功能万用板上的信号调理电路）以及必需的电气附件图 4 机箱参考图形DCP-208-A （A/D转换板）、DCP-218-A （H桥PWM输出直流减速电机驱动板）采用参 赛队自带的成品线路板DCP-400-A （核心板）、DCP-226-A （焊接在多功能万用板上的信号调理电路）由参赛队 采用散件焊接调试。
参赛队员需自行完成圆度测量仪机箱内的布局设计和装调工作圆度测量仪的前面板需安装DCP-400-A （核心板）和电源开关前面板的布置如图5所 示：圆度测量仪I*51SI• »A T轉止LdlL ® J图 5 前面板示意图圆度测量仪的后面板需安装220V交流电源插座（用于整机供电），以及与圆度测试器的连接插座后面板的布置如图 6所示：3）软件编程和调试通过面板上键盘实现圆度测量仪系统的设置、校验和执行功能，各界面之间关系如图 7所示，面板上键盘功能定义如图 8所示图 7 界面关系图 !rn m mm e m rBiLCD12864帀 m m rcim m m m 1口 口 E3 口图 8 装置面板及按键定义图通过圆度测量仪前面板的按键（图8中的按键对应于DCP-400-A模块中的相应按键）设置相关参数，可以实现圆度测量仪的参数设定和圆度测量功能＞系统上电后，核心板上蜂鸣器鸣叫一声，时长3秒，然后显示欢迎界面，如图9所示界面底部“请按D键进入菜单”每隔1秒闪烁一次按下面板上的“D”号键，进入系1、 参数设定2、 圆度测量图 10 系统菜单示意图＞系统菜单如图10所示，包含：1、参数设定；2、圆度测量，通过面板矩阵键盘上相应 的数字键选择进入对应的子功能界面。
＞参数设定子功能界面如图11所示，包含大盘校准、小盘校准圆度测量仪配有两个标 准直径的圆盘，直径分别为95mm （小盘）和105mm （大盘），在被测圆位置安装上标 准圆盘后可以对位移传感器进行标定通过键盘上的“A”、“B”键来切换设置大盘校准 和小盘校准电压，通过在设置对象前增加“♦”号来表示当前的设置对象（按下“A” 键，“♦”号上移；按下“B”键，“♦”号下移）将装置上的被测圆安装上大盘，当 前电压显示大盘对应的信号调理电路输出电压，按D键将当前电压值标定至大盘校准电 压；然后将装置上的被测圆更换为小盘，当前电压显示小盘对应的信号调理电路输出电压，按 D 键将当前电压值标定至小盘校准电压；校准完成后按“#”号键返回上一级菜单＞圆度测量子功能界面如图12所示，包含手动测量、自动测量及数据回看通过面板矩圆度测量 1•手动测量 2•自动测量 3•数据回看阵键盘上相应的数字键选择进入对应的子功能界面, 按“#”号键返回上一级菜单参数设定当前电压：0.00.大盘校准 0.00.小盘校准 0.00图 11 参数设定功能示意图 图 12 圆度测量菜单示意图＞手动测量功能界面如图13所示，大盘校准和小盘校准菜单显示校验的大盘电压和小盘电 压。
将装置上的被测圆更换为不规则盘片，长按“+”号键启动直流减速电机，松开“+”号键 后直流电机停止转动在直流电机转动过程中，每转动3度，实时显示一次传感器测量的 电压值，并根据电压值实时显示被测盘片的半径测量工作完成后，按“*”号键返回上 一级菜单＞自动测量功能界面如图14所示，将装置上的被测圆安装为不规则盘片，手动输入测量角 度范围，角度起始点以进入圆度自动测量界面时被测圆接触点的位置为零位按’D”键启 动直流减速电机，直流电机转动到输入的测量角度后自动停止转动在直流电机转动过程 中，每转动 3 度，实时显示一次传感器测量的电压值和实时转动角度值，并根据电压值实 时显示被测盘片的半径将被测盘片的半径测量数据记录在单片机的内存中，用于数据 回看（仅存储本次测量数据测量工作完成后，按“*”号键返回上一级菜单＞数据回看功能界面如图15所示，将存储的被测盘片的半径测量数i以图形方式显示转动 角度和半径的关系，半径的零位以被测圆的名义半径 50mm 为零位，当实际测量半径大 于 50mm 时，测量值显示在坐标上方；当实际测量半径小于 50mm 时，测量值显示为坐 标下方图形显示完成后蜂鸣器以1Hz的频率鸣叫三声，系统自动返回主界面。
大盘校准：0・00小盘校准：0・00测量电压：0・00实时半径：0.00测量角度：***度测量电压：0・00实时半径：0.00转动角度：***度图 15 数据回看功能界面示意图图14 自动测量示意图本赛题包含印刷线路板设计、圆度测量仪的装调和圆度测量仪软件编写，参赛队在设计 及制作时根据参赛队自身情况，合理安排分工，完成各项任务在参赛队自己焊接的 DCP-400-A（STM32F103 核心板）不能正常工作时，可以采用参赛队自带的成品训练板代替，但根据竞赛规程将扣10 分参赛队自己焊接的信号调理电路（焊 接在 DCP-226-A 多功能万用板上）不能正常工作时，可以采用组委会提供的成品板代替，但 根据竞赛规程将扣 10 分三、提交方式提交的文件刻录在组委会下发的光盘上递交各队完成的全部文件存放在 “2018JSJNDS”” （2位数字，竞赛队工位号，在参赛队报到后通过抽签获得）文件夹中提 交的电子文件采用统一命名规则（类型名＋工位号），不得以其他名称命名电子文件因保密 要求，提交的任何文件中不得出现学校名称及设计者姓名；电子文件名称不符合命名规则， 体现学校信息的，总成绩以零分计算示例：工位号为 “02”的参赛队，建立的文件夹名称为 “2018JSJNDS 02”，印制板图文件的文件名为“印制板图02”，扩展名为默认。
参赛队需确认成功提交竞赛要求的文件，监考人员在监考记录单中情况记录栏做记录并与参赛队一起签字确认提交的文件清单如下：序号文件夹名称保存的文件1 PCB设计文件生成的BOM表（PDF格式）、PCB图（Altium格式）四、评分标准序号评分项目评分细则分值评分方式1安全操作规范（10%）安全用电3过程评分环境清洁2操作规范3团队合作与职业岗位要求22电子设计工艺（20%）绘制印刷线路板符合赛卷强制性功能要求10结果评分绘制印刷线路板符合设计工艺要求103电子装接工艺（30%）印刷线路板焊接工艺12结果评分电子产品作品安装工艺6电子产品作品接线工艺124任务与功能验证（40%）电子产品作品的硬件调试与测量8过程评分传感器应用10电机驱动与运动控制6控制程序编程165扣分项超过规定时间补领元器件（每个）1过程评分更换或使用原厂DCP400A （核心板）（限1次）10更换或使用原厂信号调理电路板（限1次）106总计100。