全国职业院校技能大赛(中职组)“亚龙杯”单片机控制装置安装与调试比赛试题
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一、工作任务要求
请你在四小时（240分钟）内，用YL-236型单片机应用实训考核装置制作成工业废料智能分拣系统模拟装置，具体要求如下：
1.根据工业废料智能分拣系统的相关说明和工作要求，选择需要的控制模块和元器件，在赛场提供的图纸上，画出你设计的工业废料智能分拣系统模拟装置的模块接线图。
2. 根据你画出的模块接线图，按照工艺规范连接工业废料智能分拣系统模拟装置的硬件电路。
3. 根据你设计的硬件电路，编写工业废料智能分拣系统模拟装置的控制程序，存放在“D”盘以工位号命名的文件夹内。
4. 请调试你编写的程序，检测和调整有关硬件设置，完成工业废料智能分拣系统模拟装置的整体调试，使之能实现规定的任务要求，并将编译通过的程序“烧入”单片机中。
二、工业废料智能分拣系统相关说明
（一）工业废料智能分拣系统简介
工业废料智能分拣系统示意图如图1所示。图中黑、黄、白某某球代表三种不同的废料，分别用代号1、2、3表示。工作时，系统每次使用传送带运送一组（黑、黄、白某某）工业废料到分拣区后，系统先对废料的颜色进行识别并获得三种废料的当前位置序列，然后据此信息采用最优方案自动分拣搬运到指定的位置：黑、黄、白某某废料分别放置在工位三下方、工位二、工位一三个分拣回收入口处，最后放料闸门开启使废料进入回收废料箱。
图1 工业废料智能分拣系统示意图
（二）工业废料智能分拣系统模拟装置及其功能
工业废料智能分拣系统模拟装置由进料传送带电机、分拣机械手、放料闸门电机、键盘、液晶屏等模块组成。
1．进料传送带电机：使用交、直流电机控制模块中的24V直流电机，电机得电旋转模拟传送带传送废料。
2．分拣机械手：使用YL-G001型智能物料搬运装置模拟分拣机械手，其分拣区及工位如图2所示。分拣动作说明：在工位一或工位二中抓取废料，放入工位三上方导槽中，物料由于重力作用自动滚落至工位三下方，而原本工位三下方废料滚动至工位二，从而改变废料排列顺序。若在分拣过程中，由于导槽中有毛刺，导致小球卡在导槽中不能滚动至工位三下方，允许人工拨动小球使其滚落。
3．放料闸门电机：使用步进电机控制模块中的步进电机，废料分拣完成后，步进电机运转带动放料闸门开启使废料进入回收箱。
图 2 分拣机械手结构示意图
4．键盘：使用指令模块中的4X4行列式按键作为键盘面板，各按键定义如图3所示：
图 3键盘面板示意图
数字键：0-9用于输入数字。
功能键：“开始、停止、暂停”功能键控制系统的运行、停止和暂停。“确认”按键对输入的数字进行确认；“自动/手动”按键用于切换自动识别或手动输入废料当前序列的模式；系统应同时具备手动和自动识别废料功能。“查询”按键用于查询已分拣废料的组数。
5．液晶显示：本系统使用128X64液晶显示模块显示工作状态等信息。液晶显示中所有字符（中文，英文，数字，标点）皆为16X16点阵标准字体（宋体）。
6．声音报警：系统声音报警由主机模块中蜂鸣器实现。
7．控制总开关：控制系统工作和运动机构（24V）电源通断。用钮子开关实现，手柄向上为“开”，向下为“关”。
三、工业废料智能分拣系统模拟装置制作任务
1.系统初始状态设置要求
（1）系统复位。
开启控制总开关，系统开始工作，运动机构上电，机械手自动复位至工位三上方，手爪放松，进料传送带电机停止，放料闸门处于关闭状态（步进电机指针复位至1cm处）。液晶屏显示初始化界面如图4所示。复位完成后，初始化界面保留2秒，然后系统进入自检状态，自检界面如图5所示。
图4 初始化界面 图 5自检界面
（2）系统自检。
机械手先后测试由工位三上方分别到工位一、工位二抓球至工位三上方放球所需的时间，时间由0.0秒开始按0.1秒递增显示。自检界面中计时范围为0.0秒～9.9秒，如超出范围则应调节机械手缩短其运行时间。自检完成后，自检界面保留2秒，自检数据备用，然后系统进入停止状态。液晶屏显示停止界面（如图6所示，初始为自动工作模式），等待开始信号。
图 6停止界面（自动） 图 7停止界面（手动）
在停止界面中按下“自动/手动”按键，可切换废料位置序列的识别模式：即原来为自动工作模式，按下该键切换为手动识别工作模式；若原来为手动工作模式，按下该键切换为自动识别工作模式。两种工作模式的显示界面分别如图6、图7所示。说明：如果选手无法完成自动识别废料的颜色，则可用手动模式输入废料当前颜色序列，便于完成后续任务。
2.系统运行要求
（1）进料
按下“开始”键，液晶屏显示进料界面如图8所示。与此同时进料传送带电机旋转2秒带动传送带移动把废料送入排序槽（此时需在三个工位上手工放入随机排序的黑、黄、白三个球）。当工位一和工位二传感器检测到有废料后，系统确认废料已成功进入排序槽。若电机停转后3秒内工位一、工位二同时检测不到球，则进料报警（蜂鸣器响0.5秒，停0.5秒）。一旦有废料进入排序槽，立即解除报警。进料完成后，进料界面保留2秒，然后系统进入废料颜色识别状态，废料识别界面如图9所示。
图8进料界面 图 9 废料识别界面
（2）废料识别
进入废料识别状态后，若系统处于自动识别模式状态，则系统通过对颜色进行识别，自动确定黑、黄、白某某废料当前所在的工位位置，然后据此自动显示当前三种废料的位置序列。图9界面中的当前序列初始值用“XXX”表示，识别完成后，变成三位数字，如“312”、“213”······等。
若系统处于手动识别模式状态，则由人工通过键盘手动输入当前废料的位置序列。
关于废料的位置当前序列号说明：共三位数字，自左某某，分别对应工位三、工位二、工位一，例如若界面显示“312”序列，则表示工位三、二、一放置的小球分别为白③、黑①、黄某某②，依此类推。
废料识别完成后，废料识别界面保留2秒，然后系统进入废料分拣状态，分拣界面如图10所示。
（3）废料分拣
在图10分拣界面中的“XXX”是上面自动识别或手动输入的三位数字序列。废料分拣的任务是把任意放置的黑、黄、白某某废料位置序列用最少步骤，最短时间分别放置在工位三、工位二和工位一位置上（序列为123）。在分拣过程中，小球位置每发生一次变动，则图10中的“当前序列”代号要作相应的变化；分拣搬运完毕，当前序列号应为“123”。分拣界面中的“YY”是系统从每次分拣开始至本次分拣结束所需的最短分拣时间，分拣开始分拣时间YY即进行减1倒计时。当分拣结束，则倒计时正好为00秒（误差±1秒）。
当分拣结束时，液晶屏第四行显示“分拣完成”字样，界面保持2秒，然后进入放料状态，放料界面如图11所示。
图 10 废料分拣界面 图 11 放料界面
（4）放料
进入放料状态后，系统开启放料闸门（步进电机先以3cm/s的速度快速移动带动指针从1cm处移动到6cm处，然后以1cm/s的速度带动指针移动到8cm处停止），三种废料进入废料回收箱。若放料阀全开（指针移动至8cm）2秒之后，排序槽经检测还有废料，则蜂鸣器长鸣进行放料报警，直到无废料停止报警。若检测到排序槽无废料2秒后，放料闸关闭（步进电机指针快速移至1cm处）。然后进入停止状态，等待下次按开始按键，进入下一组废料的分捡。
3.运行过程中的停止与暂停
在运行过程中，若按下“停止”按键，则立即显示停止界面（自动模式显示如图6，手动模式显示如图7），系统进行复位操作（即机械手复位至工位三上方，手爪放松状态，放料闸门处于关闭状态，进料传送带电机停止）。
系统在运行中，若按下“暂停”按键，则保留当前显示状态，若机械手正在分拣，则倒计时需暂停，系统运动机构暂停（机械手暂停，步进电机暂停，进料电机暂停）。
在暂停中，若按“开始”按键，系统立即恢复暂停前工作状态继续运行。
4.查询
在图6停止界面中，若按下“查询”按键，则进入图12的密码输入界面。此时需从键盘输入六位数字的查询密码（固定为987654），使用“*”显示每次按键输入的数字，六位输入完后按“确认”键结束输入。若密码正确，则进入图13查询界面，在已分拣组数后面的两位数显示已经分拣的组数，查询界面保留2秒后，回到图6停止界面；若输入密码错误，立即回到图6停止界面。
图 12 密码输入界面 图13 查询界面
5.控制总开关关闭
系统在工作过程中，关闭控制总开关，则系统复位，而后所有运行机构掉电停止运行，不再响应4X4按键。
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