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1、2017年江苏省职业院校技能大赛“电子产品设计及制作”赛项样题题目：金属探伤仪的设计及制作1 竞赛任务按赛题要求，利用所发的技术资料、元器件及器材完成金属探伤仪的设计、装调和技术文档编写任务，进行Cortex-M3系列STM32F103处理器的软件设计，完成金属探伤仪的设计及制作。1.1 根据所给的技术资料分析金属探伤仪的工作原理和功能要求；1.2 根据赛题所给的金属探伤仪原理图和印刷线路板约束条件，利用Altium Designer软件或Prorel软件绘制金属探伤仪的印刷线路板图；1.3 根据赛项所提的原理图完成印刷线路板的元器件布局和焊接任务；1.4 完成金属探伤仪的功能调试，使其达到规
2、定的技术指标，实现金属探伤仪的正常工作；1.5 完成STM32F103处理器软件的编写，使金属探伤仪达到规定的功能要求；1.6 编写设计文件：包括电路原理图、印刷线路板图、系统框图、程序流程图和程序清单；1.7 编写工艺文件：包括工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图（表）、调试工作单和仪器仪表明细表；1.8 编写产品使用说明书；2 功能要求与技术指标2.1 原理说明当载有交变电流的检测线圈靠近金属工件时，由于线圈磁场的作用，工件中将会感生出涡流，涡流的大小与工件中的缺陷有关，而涡流产生的反作用磁场又将使检测线圈的阻抗发生变化。因此，在工件形状尺寸及探测距离等固定的条件下，通过测定探测线圈阻抗
3、的变化，可以判断被测工件有无缺陷存在。 图1 磁场线圈与涡流磁场磁场线圈与涡流磁场相互作用的示意图如图一所示。 160 本赛题金属探伤仪的被测工件如图二所示，为一块160mmx160mm的铁板。在图中的方格交叉点上随机分布有若干个圆孔，用于模拟工件上的缺陷。方格间距为20mm。160图2 被测工件结构示意图 被测工件安装于二维运动机构上，可以使探测线圈（电涡流传感器）与被测工件在X与Y两个方向上产生相对运动。在X与Y两个方向均安装有位移传感器，以探测被测工件上的缺陷数量与分布位置。3.2 功能实现金属探伤仪要求能实现对被测工件缺陷的自动检测。金属探伤仪由位移传感器、电涡流传感器、信号调理电路、
4、A/D转换电路、微处理器（STM32）、液晶显示与键盘电路、直流减速电机驱动电路等几部分组成。3.2.1 印刷线路板的绘制根据赛题所给的金属探伤仪原理图和印刷线路板约束条件，利用Altium Designer软件或Prorel软件绘制金属探伤仪的印刷线路板图，线路板设计须采用双层板。部分印刷线路板图已经绘制完成，参赛队只需完成剩余部分的线路板图即可。线路板约束规则要求：最小间距8mil，最小线宽10mil，过孔最小孔径15mil，过孔最小直径30mil。参赛队所绘制的金属探伤仪印刷线路板电子稿采用光盘刻录的形式一式贰份上交，上交时间为比赛结束后。3.2.2 金属探伤仪的功能要求金属探伤仪由二维
5、运动机构组成，其机构如图3所示。被测工件(铁板)探测线圈(电涡流传感器)X轴电容式位移传感器Y轴电容式位移传感器Y轴驱动电机X轴驱动电机图3 二维运动机构外形图 要求金属探伤仪实现如下功能：（1）开机显示 开机后在液晶显示屏上显示“电子产品设计及制作”，可用“p、q、t、u”四个按键控制探测线圈的“Y上移、Y下移、X左移、X右移”，按下回车键后进入测试界面。（2）测试界面检测坐标:x探头坐标:x探头状态: /缺陷数量:个 测试界面如图4所示，其中检测坐标为定点检测时可设定的坐标值，坐标值位于被测工件下方的有机玻璃板上，前3位为X轴的坐标值，后3位为Y轴的坐标值，单位为mm，坐标输入方式由参赛队
6、自定；探头坐标实时显示探测线圈的坐标值，坐 图4 测试界面液晶显示格式标值定义与检测坐标定义一致；探头状态实时显示探测线圈位置有/无检测到缺陷，有缺陷显示，无缺陷显示；缺陷数量显示累计检测到的缺陷个数。 定点检测：用按键输入好检测坐标后，按下F1功能键，探测线圈移动到指定的坐标点检测有/无缺陷，探头状态要求实时显示，检测到有缺陷时，缺陷数量自动加1，无缺陷时不需输出指示。按下F3功能键，缺陷数量清零。 自动检测：按F2功能键，探测线圈自动回到坐标零点(000x000)，然后逐行或逐列扫描对被测工件进行自动检测，要求探头坐标和探头状态实时显示。当检测到缺陷时，检测暂停，缺陷数量加1，按下回车键后
7、检测继续，直至扫描完毕。在检测过程中按下F3功能键，退出自动检测状态，缺陷数量清零。3.3 功能的分步实现本赛题包含印刷线路板设计、金属探伤仪的装调、技术文件的编写和金属探伤仪软件的编写几方面内容，参赛队在设计及制作时可分步完成以上各项内容。4 技术文件要求要求技术文件的对象是参赛队装调的金属探伤仪，其中电路原理图、印刷线路板图和元器件清单的对象为“3.2.1 印刷线路板的绘制”所产生的线路板。4.1 设计文件包括：包括电路原理图、印刷线路板图、系统框图、程序流程图和程序清单。 4.2 工艺文件包括：工艺流程图、元器件清单、电气安装连接图(表)、调试工作单和仪器仪表明细表。4.3 产品说明书包
8、括：概述、操作说明、技术参数（含工作环境）、使用注意事项。4.4 印刷线路板原理图和线路板图4.5 金属探伤仪源程序4.6 文件命名要求各队完成的全部文件存放在“2017JSJNDS”（2位数字，竞赛队工位号）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），在全部文件中不得出现学校名称、参赛选手姓名、工位号等信息。电子文件列表如下：2017JSJNDS 设计文件.Docx 工艺文件.Docx 产品说明书.Docx 电路原理图.SchDoc 线路板图.PcbDoc 源程序（文件夹）4.7 技术文件上交方式设计文件、工艺文件、产品使用说明书、原理图、线路板图及源程序均需提交电子文档，采用光盘刻录，一式贰份上交，上交时间为比赛结束时。5 评分标准序号评分项目知识、技能点比例（%）1印刷线路板绘制按赛题要求和约束条件完成电子产品印刷线路板绘制。202线路板的焊接和电子产品的装调印刷线路板焊接、电子产品安装布局与接线工艺。203作品功能与技术指标产品的软件编制与功能实现。454技术文件的编写包括智能电子产品设计文件、工艺文件、产品说明书的编写。15
电子产品设计及制作赛项样题
