走马观花

  • 2019-06-17
  • 发表了主题帖: 电源参赛经验分享

    作为两年一届的全国大学生电子设计竞赛运气比较好,参加了两届。先说拿国一的经历吧,那年大三的时候获得的是2015年电源组(本科)全国一等奖,题目是2015全国大学生电子设计竞赛电源题A题双向DC-DC变换器,先上个证书,哈哈。    我是负责软件这块(也是兼队长,写论文),当时使用的是STM32F103作为主控,两个队友都是硬件设计的。 赛前准备其实还是比较充分,当时在赛前的时候有预测题目,可能是做逆变器,当时有做这方面的实训,做了很多模块和软件储备,比如DC-DC模块,电流电压检测模块,PWM死区驱动,DSP软件,等等,反正是一个暑假都在学习实验室里面,有老师负责出题和检查,当时我们队还是挺被看好的,毕竟前几年还是获得过不错的奖项。 准备工作其实并不多,当时也是运气比较好,比赛的模块都是现成的准备好了不用再准备板子和焊接开板。 当时只用了一块mos管做了boost和buck一体电路(当时是用的2块mos电路,一块是boost一块是buck,但是巧合的是一个电路就可以同时控制输出boost和buck电路,运气来了挡不住啊),然后使用高精度的采样芯片INA226,专门采集电压和电流,这个也是赛前准备好了的模块和程序,再通过PID算法控制PWM输出来控制的电压或电流,因此不管是升压或者是降压都只需要一套代码即可完成,这次比赛比较顺利,几乎没有通宵。   当时以为精度很高,4位半的电压表来测,还是做了比较高的精度,反复测电压电流的精度得出的这些系数。 然后就是PID的控制了,这种控制电流电压还是比较好控制,不像平衡车那样调多调少了会倒。 实物图&测试图   赛前准备 第一轮是省赛,在电子科大测评,测评出省一等奖,之后再复测(测一些基础的东西,网上可以搜的到,往年都比较类似,搭一些电路出几个波形,放大之类的,然后手写一段说明画流程图之类的),没问题之后,最后去的杭州测第二轮全国复测(决赛去的地方每年不一样,我们当时去的是浙大,如果实物没多大问题基本是一等奖,决赛没有三等奖)。   这些都是此次比赛时的状态而已,只能参考,每一次比赛都不一样,不见得就能蒙对题目,因此赛前准备和自身的能力都有很大的关系,如果要拿大奖的话基本上是每一题都做对。 作为大三马上大四的学生其实软件和硬件的储备还是比较多的,如果说要如何的获得大奖,那当然还是靠积累,软件上面最起码熟悉3款以上的单片机(STM32/51/DSP/MSP430/arduino等),上位机开发的话对于做比赛来说还是有一些帮助(调试的时候),但没有实际意义,毕竟带不了电脑去赛场内,不建议临时做上位机。硬件的话其实会画板子,懂得原理就行了,如果说做电源类的话主要是电流精度、电压精度、效率之类的。 我只是普通的三本院校的学生,大一时候参加社团时接触到这些比赛,因为自身对软件这块有兴趣,所以大一的时候自己学的用的比较多,因此也比别人稍微多懂一些,接触单片机之后在软件上不说优秀,但是至少会看会用。 在加入这个社团学习单片机之,对的,是社团的学长教的,在学习之后每天几乎是十一点回寝室,大学四年前三年几乎每天都是十一点回寝室,所以每个人的收获是与自己的付出成正比的,并不是凭空而来,像我们这种三本学院老师在比赛中几乎是没什么作用的一切都是靠自己(学长)。 大一暑假参加了2013年全国大学生电子设计竞赛,当时做的是控制组,简易倒立摆,现在对我来说很简单的东西,但是当时也没学到什么,最多控制电机转一下,连PID怎么用都不知道,最后拿到了2个小题得分,就拿了四川省的三等奖。 大一参赛主要是为了增加经验,对我们来说确实很难得。 正是有了这些经验让我们明白了我们学校的控制类真的做的不好,电源类做的比较好,因此我们决定硬件开始朝电源类发展,软件继续做控制,等到大三国赛的时候在组一起做电源类。 大二参加2014年四川省电子设计竞赛,做的是控制类,金属探测器,当时有一个小题精度差一点,遗憾的只获得了二等奖。 大二期间还参加了蓝桥杯大赛,这个是个人赛,电子类的项目没有多少好的高校参加,而且考核的内容也比较简单,嵌入式的项目就是STM32的一些基础外设的控制。然后就是一个电路设计,最后是流程框图。比赛赛制也和国赛差不多,先是获得省一等奖,然后再去北京北方工业大学再比一次决赛,题目和省赛差不多,当时获得了全国二等奖。 还有一个特等奖,每年都是成都信息工程学院拿的。 平时还有学校的电子设计竞赛,网上的电子类竞赛都会参与,给自己多积累经验。   大三的时候第二次参加蓝桥杯大三,这次是获得了全国一等奖,特等奖也是成都信息工程学院拿了,当时还期待可以获个特等奖。。可惜啊。(后来蓝桥杯嵌入式题目改了,偏算法类的) 最后就是大三暑假期间的国赛了。   以上是我在大学时间参赛的一些经历吧,也没有什么特别的经验分享,只能说天道酬勤,没有什么是不劳而获的,只要打好基础,在比赛中肯定是能稳定发挥获得好成绩的。 然后对于一些好的高校来说有老师的指导更加容易获奖和获大奖,只要大家能够认真的在实验室学习和掌握住这些技能才能获得比较好的名字,一次不行还有两次三次,积累的越多最后爆发力也会越大。   在此也预祝广大的赛友获得好成绩。

  • 2019-06-12
  • 发表了主题帖: 控制类参赛作品分享——无线充电电动小车

    该充电装置能感应到小车后,自动为小车充电一分钟,小车在充电完成之后向前水平直线行驶,直至能量耗尽。本装置采用了高频电磁感应,产生137KHz的高频电磁,利用一定匝数比的线圈做接受器,为超级电容充电,充电完成后,再利用可控硅导通后造成的电路短路,从而使小车电机接入电路,超级电容放电驱动小车电机,从而使小车运动。     以下是报告原文:   无线充电电动小车(C题) 摘要:无线充电技术发展至今在电子领域已经被深入研究应用,虽然还未曾大范围普及,但在消费电子领域的发展已经取得不错的成绩。本作品是设计并制作一个能够无线充电的电动小车。该充电装置能感应到小车后,自动为小车充电一分钟,小车在充电完成之后向前水平直线行驶,直至能量耗尽。本装置采用了高频电磁感应,产生137KHz的高频电磁,利用一定匝数比的线圈做接受器,为超级电容充电,充电完成后,再利用可控硅导通后造成的电路短路,从而使小车电机接入电路,超级电容放电驱动小车电机,从而使小车运动。 关键词:铜线圈充电 超级电容 总体设计方案 (一)设计要求 本题的要求是设计并制作一个无线充电电动车,包括无线充电装置一套。电动小车机械部分可采用成品四轮玩具车改制。外形尺寸不大于30cm,高度重量不限。 1.1基本要求 (1)制作一套无线充电装置,其发射器线圈放置在路面。发射器采用具有恒流恒压模式自动切换的直流稳压电源供电,供电电压为5V,供电电流不大于1A。无线充电接收器安装在小车底盘上。每次充电时间限定1分钟。                           (2)制作一个无线充电电动车。电动车使用适当容量超级电容(法拉电容)储能,经DC-DC变换给电动车供电。车上不得采用电池等其他储能供电器件。             (3)充电1分钟后,当电动车检测到无线充电发射器停止充电时,立即自行启动,向前水平直线行驶,直至能量耗尽,行驶距离不小于1m。              1.2发挥部分 充电1分钟后,电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶,路面长度不大于1m,斜坡倾斜角度θ自定。综合多方因素设计,使电动车在每次充电1分钟后,电动车爬升高度h=lsinθ最大。式中l为小车直线行驶的距离。   (二)设计思路 2.1设计思路: 本题要求我们做一套无线充电装置和一个电动小车。分析题目可知题中最大的难点在于无线充电装置的设计与制作。通过查询资料和一系列探讨之后,我们决定采用一定匝数比的铜线圈与电源连接来产生磁场,通过电磁感应原理借磁场变化产生的感应电动势为超级电容充电,储蓄电能,从而使小车借超级电容储存的电能向前水平运动。   2.2设计流程图:   (三)方案论证与比较 (1)小车的选择 方案一:采用组装的电动小车, 在网上购买的电动小车,电机是3V/1A,功率为3W,组装之后小车高4.6cm,长21.9cm,宽18cm,重1800g,轮胎比较笨重,采用橡胶材质,摩擦较大,在通电之后可以满足沿斜坡运动,但由于车身重量的原因使斜坡速度较为缓慢; 方案二:采用四驱电动小车 在外面玩具店买的四驱电动车玩具,电机是3V/0.89A,功率为2.67W,小车高4.5cm,长16.7cm,宽10.5cm,重600g,轮胎轻巧,采用塑料材质,但可以外套橡胶,摩擦一般,通电之后可以沿斜坡运动,且速度较快; 方案三:采用自制的小车 采用材质较为坚硬的电路板搭建车身,轮胎采用方案一的轮胎,小车高7,1mm,长17.5cm,宽11.6cm,该小车重量较轻,轮胎摩擦较大,在斜面向上运动时,相较于第一种方案更加轻松。   (2)超级电容的选择 按题目要求:需要5V,1A电源。 电源利用率大概在60%左右,则I’=0.6I,由公式U=Q/C得:Q=I’*t=0.6A*60s=36C,此时电容C=36/5=7F;假设小车运动之后,负载消耗电压1V,U’=5-1=4V,消耗Q’=U’*(I-I’)=1.6C,此时ΔU=1.6/7=0.22V,即小车运动之后将要消耗0.22V电压,剩余U’’=4-0.22=3.78V,小车运动电压一般在在3~6V,符合小车运动所需电压。 由以上计算公式得:超级电容的规格要达到7F,可在淘宝上购买两个5.5V/4F的超级电容。   (3)断开无线充电的方式 方案一:采用单片机断电: 单片机操作简单,控制时间段的程序不难,在单片机内判断时间到了之后,就使小车前进,从而可以停止给小车充电,小车利用超级电容储蓄的电能前进,直至电能耗尽。但单片机也需要供电才能运作,即会消耗超级电容的电能,这样使得小车可用电能不足,前进距离减小;且超级电容提供的电能无法使单片机正常运作。 方案二:利用可控硅 利用可控硅的导通特性来控制,当超级电容储蓄电压达到可控硅的导通电压后,可控硅打开,导致电路短路,从而使电机接入电路,电机启动,小车前进。   (4)方案的决定 我们最开始准备采用第一种方案,这种小车使用比较方便,但是这种小车在平地前进的速度只能到达0.1m/s,小车重量大,轮胎摩擦也较大,如果要驱动该小车,就需要驱动四个电机,每个电机是3V/1A的规格,四个电机就需要4*3*1=12W的功率,否则将无法带动,而电源只能提供5*1*60=300J的电能如此所需电机的功率较大,在短时间内充电无法实现运动条件,很难达到题目要求; 第二种方案,不需要我们制作,电机消耗功率也低,重量也轻,只需要提供少量电能就可以。但因准备不充分,无法在规定时间内购买到相称的四驱电动小车,只得放弃此方案。 第三种方案,需要我们自己制作车身,轮胎是采用两个第一种方案的组装小车的轮胎当做后轮,用后轮提供整个车身的动能,这样所需要电机的功率是第一种的1/2,而且车身重量相较于第一种轻,斜面运动的电能也消耗较少。 经过对题目的分析和队员间的商量,我们最终选定方案三的小车和两个5.5V/4F的超级电容。单片机具有很好的控制效果,但需要另外的电路板来连接到小车上,增加了小车的重量,小车消耗的电量将增加,而可控硅只需要改动电路就行,但是时间把控不是很强。综合考虑之后,我们选择理由可控硅来控制充电时间。   (四)单元电路设计 4.1整流电路设计     经过直流逆变之后为发射器供电,发射器发出高频电磁,无线线圈接受信号后转化为直流电源,提供电能给超级电容充放电切换电路,电路经过整流之后超级电容充电,使超级电容储蓄电能,充电结束后,电机利用超级电容储蓄的电能驱动小车前进。   4.2超级电容充放电切换电路     在发射器输出高频电磁为超级电容充电的过程中,由于电源内阻作用,电源两端的电压缓慢升高,此时£1=R4*C2=0.01,£2=R2//R3*C2=0.005,£1<£2,可控硅U2没有达到触发脉冲,即U2不能导通,电机不能转动;在结束充电之后,电路中对C2的充电不能立即停止,C2将会继续充电,C2存储电能将会高于C3,最终将导致£1>£2,达到可控硅触发条件,此时可控硅将导通,电机接入,电机启动。   4.3单片机计时电路         单片机扫描按键按下时,计时1分钟,检测判断计时是否结束,计时结束,关闭继电器。

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