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“電子產品設計及制作”賽項競賽賽題

題目:電感式位移傳感儀的制作

按賽題要求，利用所發的技術資料、元器件及器材完成電感式位移傳感儀的設計、裝調和技術文件撰寫任務；進行 IAP15W4K 的軟件設計，完成電感式位移傳感儀的功能要求。

1．根據所給資料分析電感式位移傳感儀的工作原理和功能要求；

2．根據賽題所給的電感式位移傳感儀原理圖和印刷線路板約束條件，利用 Protel 或 Altium

軟件繪制電感式位移傳感儀的印刷線路板圖；

3．完成賽項提供的印刷線路板焊接任務；

6．完成 IAP15W4K 單片機軟件的編程設計，使其達到規定的功能要求；

7．編寫技術文件。

競賽時間為 8:30～15:30，總計 7 小時，含指導教師和選手交流時間，選手用餐時間。

三、功能要求與技術指標

1．原理說明電感式位移傳感器是一種精度高、重復性好、結構可靠的位移傳感器，在工業領域有普

遍的應用。其結構示意圖如圖一所示，

圖一電感式位移傳感器結構示意圖電感式位移傳感器由螺線管，可移動鐵芯和三個線圈組成。工作時，激勵線圈 P 通入交

圖二電感式位移傳感器測試裝置

電感式位移傳感儀產生激勵電壓供給傳感器，接收兩個次級線圈的電壓信號并進行處理后在數碼管上顯示。整個系統由 DCP-301-A（IAP15W4K 核心板）、DCP-202-A（數碼管顯示和鍵盤電路板）、DCP-206-A（串口 A/D 轉換電路板）、DCP-226-A（多功能萬用表）和電源等組成。

2．功能實現要求參賽隊完成以下功能：

（1）印刷線路板繪制根據賽題所給的電感式位移傳感儀主板部分的原理圖和印刷線路板外形要求，利用 Protel

或 Altium 軟件繪制電感式位移傳感儀的主板印刷線路板圖，線路板設計須采用雙層板。線路板約束規則要求：最小間距 8mil，最小線寬10mil，過孔最小孔徑 15mil，過孔最小

直徑 30mil。原理圖中各元器件庫文件在所發電子文

件中（電感式位移傳感儀封裝庫.Lib）或（電感式位移傳感儀封裝庫.PcbLib）。

（2）電感式位移傳感儀的裝調電感式位移傳感儀的裝調工作要求在如

圖三所示的同規格機箱中完成。安裝套件包

括機箱、前面板、后面板、安裝底板、

DCP-301-A IAP15W4K 核心板、DCP-202-A 數碼管顯示和鍵盤電路板、DCP-206-A 串口A/D 轉換電路板、DCP-226-A 多功能萬用板

以及必需的電氣附件。圖三機箱參考圖形

DCP-301-A（IAP15W4K 核心板）、DCP-202-A（數碼管顯示和鍵盤板）、DCP-206-A（A/D

轉換板）采用參賽隊自帶的成品線路板。

DCP-226-A（多功能萬用板）由參賽隊自己設計部分電路并使用現場發放的散件焊接。 DCP-226-A 線路板需要安裝正弦波發生電路、功率放大電路和電感式位移傳感器的二次電路，所需裝調的電路原理圖已經在下發的 U 盤中。

參賽隊員需自行完成電感式位移傳感儀機箱內的結構設計和裝調工作。

電感式位移傳感儀的前面板需安裝訓練板DCP-202-A 數碼管顯示和鍵盤電路板和電源開關。前面板的布置如圖四所示：

電感式位移傳感儀

A組數碼管 B組數碼管

圖四前面板示意圖電感式位移傳感儀的后面板需安裝 220V 交流電源插座（用于整機供電），以及與電感式位移傳感器的連接插座。后面板的布置如圖五所示：

圖五后面板示意圖

（3）電感式位移傳感儀的功能要求通過電感式位移傳感儀前面板的按鍵（面板中“模式”、“↑”、“↓”和“確定”四個按鍵）

設置相關參數，可以實現電感式位移傳感儀的位移測量、零點遷移和增益調整。開機時電感式位移傳感儀進入測量模式，在“A 組數碼管”顯示測量的位移值，要求 3

位數碼管顯示，2 位整數，1 位小數；“B 組數碼管”消隱。按下模式選擇按鍵，可以切換測量模式和校準模式。

進入校準模式，要求在“A 組數碼管”顯示零位值（零點遷移），在“B 組數碼管”顯示最大值（增益調整）。進入校準模式時首先進行零點值校準，要求此時“A 組數碼管”數值以

1Hz 閃爍。零點值校準：將螺旋測微頭調節到零位置后，按增加鍵（↑）或減小鍵（↓）可以將此

值調整為 00.0mm。

按確定鍵后切換到最大值校準狀態，此時“B 組數碼管”數值以 1Hz 閃爍。校準值校準：將螺旋測微頭調節到最大測量位移值（如20mm），按增加鍵（↑）或減小

鍵（↓）將此值調整為測微頭的實際距離值，以調整此電感式位移傳感儀的增益值。調整完

畢后按確定鍵可以切換到零點值校準狀態。按模式鍵后可以回復到測量模式界面。

3．功能的分步實現本賽題包含印刷線路板設計、電感式位移傳感儀的裝調、技術文檔編寫和電感式位移傳

感儀軟件編寫幾方面內容，參賽隊在設計及制作時可分步完成各項內容。

四、技術文檔要求要求技術文檔的對象是參賽隊自己設計的電感式位移傳感儀。技術文檔分為三項：設計文件、工藝文件、產品使用說明書。

（1）設計文件：包括系統框圖、電路原理圖、印刷線路板圖、程序流程圖和程序清單。

（2）工藝文件：包括工藝流程圖、元器件清單、PCB 加工任務書、電氣安裝連接圖(表)、調試工作單和儀器儀表明細表。

（3）產品使用說明書。競賽統一公布技術文檔編寫規范，要求各參賽隊按技術文檔編寫規范編寫技術文檔。

技術文檔和 PCB 設計文檔均需提交電子文檔，采用 U 盤拷貝后上交。

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