2017年国赛任务书单片机

2017年全国职业院校技能大赛中职组单片机控制装置安装与调试赛项工作任务书中职组单片机控制装置安装与调试赛项专家组2017·61一、工作任务要求请你在四个小时内，使用YL-236型单片机控制实训考核装置制作完成智能控制RGB调色模拟系统装置，具体工作任务和要求如下：1.根据智能控制RGB调色系统的相关说明和工作要求，正确选用需要的工作模块和元器件，系统策划用户设置、三基色原料包添加、搅拌、灌装等系统工作过程，完成与制作过程相关的知识答题。2.根据工作任务及其要求，合理选择并确定各模块的摆放位置，按照相关工艺规范要求连接智能控制RGB调色系统模拟装置的硬件电路。3.根据工作任务及其要求，编写并调试智能控制RGB调色系统的控制程序并存放在“D”盘以工位号命名的文件夹内。4.请先合理设置编写单片机控制程序的编程环境以及检测和调整机械手装置，按智能控制RGB调色系统规定的任务要求，将编译通过的控制程序“烧入”单片机中。二、智能控制RGB调色系统的相关说明（一）智能控制RGB调色系统的功能简述生活中的所有可见颜色，都可以用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基色按不同比例相互混合配制而成，所以，我们称红色、绿色和蓝色为三基色，简称为RGB。智能控制RGB调色系统可以根据用户调配色需求，按相应比例智能选择RGB三基色原料包重量配制成各色颜料，设：三基色中各色原料包中均有10g、20g、50g三种规格。本工作任务拟配制三个批次，每批次均需调制海洋绿、蕃茄红和肉色三种颜料，每批次调配的各色颜料重量分别为100g、150g和200g，如表1所示。表1配制颜料批次重量表批次颜料海洋绿(A)蕃茄红(B)肉色(C)第一批100g100g100g第二批150g150g150g第三批200g200g200g（二）智能控制RGB调色系统的组成模块及相关说明系统使用YL-236型单片机控制实训考核装置来模拟制作，具体要求如下：21.用指令模块中的4×4矩阵键盘作为系统输入键盘，键盘中各按钮的功能如图1所示。运行暂停停止复位返回确认搅拌装盒自动人工图1输入键盘2．八位数码管显示器作为系统工作过程显示屏之一，用于实时显示第几批某色颜料的调配过程。数码管显示内容如图2所示。数码管左第一位显示工作模式（“F”为“人工”工作模式，“L”为“自动”工作模式）；左第二位显示配制批次（“1.”“2.”“3.”），左第四位显示预配制颜料的代码（“”表示海洋绿；“”表示蕃茄红；“”表示肉色），右三位用于实时显示正配制某色颜料过程中已加基色原料的总重量，单位为“克”。调制顺序颜色代码已配制的总重量（克）工作模式图2数码管显示内容3．128X64液晶显示模块作为系统调制某色工作过程的另一显示屏，用于显示人机交互界面。液晶显示中的汉字都采用12×16的格式，半角的英文字符和数字都采用6×16的格式。4．用显示模块中LED0作为工作过程指示灯，LED1作为“自动”工作模式指示灯，LED2作为“人工”工作模式指示灯。5．用电机模块中的直流电机正转来模拟搅拌过程，反转来模拟已完成配制颜料的装盒过程。6．由YL-G001型智能物料搬运装置来实现三基色原料包的智能配运加料装置，以满足相应配制颜料中三基色的标准配比要求。YL-G001型智能物料搬运装置如图3所示。工位二工位一支架工位三上方工位三下方机械手图3YL-G001型智能物料搬运装置结构示意图37.用步进电机模块中的指示标尺来模拟指示大、中、小不同份量规格的三基色原料包。规定指针指示在模块标尺上2cm处为小原料包（10克），7cm处为中原料包（20克），12cm处为大原料包（50克），如图4所示。01412345678910111213小15中大图4步进电机标尺的含义8.上位机与控制系统串口连接，通过超级终端可以用作系统工作过程的相关记录。三、智能控制RGB调色系统的制作要求（一）配制要求说明如下：1.整个配制过程要求完成三个批次的海洋绿、蕃茄红和肉色三种颜料配制，这三种颜料分别用代码A、B和C表示（A-海洋绿，B-蕃茄红，C-肉色）。选手可根据各色颜料配制用时最短、步骤最简、废料最少、颜色最纯的原则，自主设计配制顺序和过程。系统分为“自动”与“人工”两种工作模式，在“自动”工作模式下每批次中三种颜料的配置顺序由选手根据原则自主决定后依次连续配制。在“人工”工作模式下，根据原则，由人工通过相应按键完成选择、调配、搅拌、装盒等工作过程。为了节约成本，在按规定完成一种颜料的配制并装盒后，如有剩余的颜料，则剩余的颜料应累积到下一颜料的配制过程中去。2.已知海洋绿、蕃茄红、肉色中的三基色标准配比值如下：海洋绿R:G:B=0.2:0.5:0.3蕃茄红R:G:B=0.6:0.2:0.2肉色R:G:B=0.5:0.3:0.23.三基色原料包的搬运投料执行机构由YL-G001型智能物料搬运装置和步进电机共同配合完成，配制过程说明如下：白、黄、黑球分别代表红（R）、绿（G）、蓝（B）三种基色的原料包，每种基色原料包有大（50g）、中（20g）、小（10g）三种规格。一号工位和二号工位作为三基色原料包的抓取口，三号工位上方为配色槽的入口，在抓取原料包时，步进电机上的指示标尺实时指示（与抓球同步）当前抓取三基色原料包的份量大小规格（注：配置各色颜料时，原料包—白黄黑球的初始位置不定）。4（二）系统初始化1.上电后进行系统初始化，要求如下：（1）液晶显示的初始界面如图5所示，单片机向系统上位机发送“系统初始化开始”信息。系统初始化……图5液晶显示的初始界面（2）数码管显示屏动态显示流水效果，如图6所示。250ms图6数码管初始显示格式（3）步进电机模块指示标尺的指针先运动至2cm处停留1s，然后运动至7cm处停留1s，再运动至12cm处停留1s，最后返回至2cm处。（4）直流电机正转1圈，然后再反转1圈，停止（注：从正对电机轴方向看过去，电机轴顺时针方向为正转，反之为反转）。（5）机械手初始化操作：使用前请检查并调整机械手的工作情况，使其能正常工作。在机械手正常工作的前提下，系统控制机械手用最简步骤将一、二、三号工位上的球按白、黄、黑的顺序排列好。然后手爪复位至工位二正上方，手爪处于放松状态。2.系统初始化完成后，单片机向系统上位机发送“系统初始化完成”信息，系统进入待机工作状态：（1）LED0功能指示灯常亮、LED1、LED2工作模式指示灯熄灭。（2）系统进入待机工作状态，液晶显示如图7所示，数码管显示如图8所示。请选择工作模式（人工、自动）图7待机工作界面图8待机状态下数码管显示格式（三）系统运行要求在待机工作状态下，通过矩阵键盘中的“人工”键或“自动”键选择工作模式。1.“自动”工作模式5如果按下“自动”键，LED1指示灯点亮，液晶显示“自动”模式下调配颜料的批次选择界面，如图9所示。自动模式一二三返回确认图9自动模式下批次选择界面在此界面下，通过矩阵键盘中的“←”键和“→”键选择相应的调色批次，按“返回”键，系统可以返回到上一级菜单，按“确认”键完成批次选择，液晶显示切换成由选手自主设定的本批次第一种颜料三基色配比直方图界面，如图10所示；数码显示切换成自动工作状态，如图11所示。按下“运行”键后，系统开始依次连续配制本批次的三种颜料。（注：显示内容随调配工作进程实时改变）RGB图10某颜色三基色标准配比直方图（以海洋绿为例）图11“自动”模式下液晶显示界面（以海洋绿为例）2.“人工”工作模式如果按下“人工”键，LED2指示灯点亮，液晶显示“人工”模式下批次选择界面，如图12所示。在此界面下，通过矩阵键盘中的“←”键和“→”键选择相应的配色批次，按“返回”键，系统可以返回到上一级菜单，按“确认”键完成批次选择。完成批次选择后，系统提示选择配制颜料种类，如图13所示。人工模式一二三返回确认人工——第一批ABC返回确认图12人工模式下批次选择界面图13人工模式下预配制颜料选择界面在此界面下，通过矩阵键盘中的“←”键和“→”键选择预配制的颜料种类，按“返回”键，系统可以返回到上一级菜单，按“确认”键完成颜料种类选择，液晶显示切换成选定的某颜料三基色配比直方图界面，如图10所示，数码显示切换成人工工作状态，如图14示。按下“运行”键后，系统开始对选定的批次颜料按原则进行自动6配制。图14“人工”模式下液晶显示界面（以海洋绿为例）3.颜料配制过程（1）在添加三基色原料包的过程中，LED0以1Hz的频率开始闪烁，单片机同时向系统上位机发送“第*批***颜料开始配制”信息（其中：第一个“*”为当前配制颜料的批次；后面的“***”为当前配制的颜料名称）。智能搬运装置和步进电机根据控制系统要求配合完成三基色原料包的配运添加工作，添加过程应满足配制总时最短、步骤最简且废料最少、颜色最纯的原则（在“自动”工作模式下，选手可以根据以上要求自主设计配制顺序和过程）。在三基色原料包的搬运添加过程中，128×64液晶屏显示某颜料配制过程中三基色的实时动态占比直方图与各颜料标准配比直方图的动态比较效果图，效果如图15所示。RGB20%40%60%80%100%0%“红”“绿”“蓝”为某颜料三基色占比标准直方图为当前配制某颜料时三基色占比动态直方图注：图中最下一行“R”、“G”、“B”的字体格式为16*8；柱状图宽*高（100%）为：12*40图15某颜料配制过程中三基色动态占比与标准值比较直方图（以海洋绿为例）图15中，纵向为正配制颜料中各基色的百分占比值，横向表明在配制某颜料时三基色占比直方图的位置。其中黑色（反显）直方图为要配成某颜料时三基色各应占的标准百分比值（以海洋绿为例），白色直方图为实时动态占比直方图，表示在配制过程中每加一次三基色原料包时，各三基色的实时占比百分值。三基色原料包添加过程中各部分的响应情况如下：a）数码管实时显示工作模式（“F”或“L”）、配制的批次（“1.”或“2.”或“3.”）、颜料色（“A”或“B”或“C”），数码管显示屏中右三位显示的三基色原料累加重量值在机械手于工位三上方投放球时同步变化。如图2所示。b）智能搬运装置自动识别一、二、三号工位下方的各三基色原料包颜色并根据要7求抓取相应基色的原料包。c）步进电机即时指示抓取原料包的份量大小规格（在机械手抓球时同步指示）。d）智能搬运装置将三基色原料包搬运至三工位上方并松开投放，表示将一个三基色原料包投入到颜料槽中。e）液晶显示R、G、B的动态直方图根据实际配制比例发生相应的变化。说明：在配置某色过程中，黑色的直方图是不能变化的，当在颜料槽中加入某一三基色原料包时，图2中数码管的右三位就会进行重量累加，图12中R、G、B三基色的实时动态直方图会按当前各基色在配制颜料过程中的占比百分值发生相应的变化。直到白色直方图与黑色的直方图基本一致（允许某颜料各基色的配比与标准值间的误差小于等于±10%，例如：配制海洋绿颜料时，蓝色原料包标准配比值为0.3，则允许实际配比值的范围为0.27-0.33），且数码管右三位显示的重量须大于或等于预配制颜料的重量，三基色原料包添加完成。当某一颜料所需的所有三基色原料包都添加完成后，单片机向系统上位机发送“三基色原料包添加完成”信息。（2）搅拌过程。三基色原料包添加完成后，LED0以2Hz的频率开始闪烁，在“人工”工作模式下，需按下“搅拌”键工作系统才能开始搅拌操作（“自动”工作模式下不需要按“搅拌”键）。直流电机顺时针旋转2圈后停止，模拟某配制颜料的搅拌过程完成。搅拌完成后，单片机向系统上位机发送“搅拌完成”信息。（3）装盒过程。搅拌完成后，LED0以3Hz的频率开始闪烁，在“人工”工作模式下，液晶显示如图16所示，提示用户按“装盒”键开始装盒操作（“自动”工作模式下不需要按“装盒”键）。装盒过程用直流电机逆时针旋转模拟，每逆时针转过一个孔，代表已装料5g。装盒过程中，128*64液晶屏切换成动态变化的装盒界面，如图17所示。搅拌完成请按“装盒”键100g海洋绿装盒50g/盒：10g/盒：20g/盒：图16“装盒”提示界面图17动态装盒界面（以100g海洋绿装盒