2025 年全国大学生电子设计竞赛试题(E 题)——简易自行瞄准装置
本文介绍了一个基于MSPM0控制器的简易自行瞄准装置设计任务。该装置包含自动寻迹小车和瞄准模块,要求小车能沿100cm×100cm黑色边线轨迹行驶1-5圈(≤20s/圈),瞄准模块需在2-4秒内用激光笔(光斑≤0.5cm)击中50cm外靶心(误差≤2cm)。发挥部分要求行驶中连续射击,并实现光斑沿靶面6cm半径画圆(误差≤2cm)。装置尺寸限制为25×15×25cm,采用轮式结构,需独立电源控制。
一、 任务
设计制作一个简易自行瞄准装置,该装置包括自动寻迹小车及瞄准模块两部分。自动寻迹小车行驶必须采用 TI MSPM0 系列 MCU(简称 MSPM0)控制(包括巡迹、电机控制);瞄准模块以小车为载体,利用二维云台控制蓝紫激光笔发射激光的方向,使激光光斑落在目标靶上,靶上光斑直径≤0.5cm。要求 MSPM0 控制器和瞄准模块的电源分别由两个独立开关控制。简易自行瞄准装置场景如图 1 所示。

图 1 中小车行驶轨迹外沿为 100cm×100cm 的正方形,边线为黑色,线宽1.8cm±0.2cm。正方形四个外顶点为 A、B、C 和 D 点。小车可沿行驶轨迹自动
寻迹逆时针方向行驶。如图 1 所示,在距离 AB 线段外 50cm 处竖立目标靶,靶面与 AB 平行,高 度≤50cm。目标靶面采用 A4 幅面紫外感光纸,可显示光斑驻留的痕迹。在感光纸感光面上,用 1.8cm 宽的黑色胶带沿四周边缘贴一个长方形,勾勒出靶纸的外轮廓;用红色油性记号笔在靶的中心标一个点作为靶心,靶心直径≤0.1cm,并以此为圆心分别以 2、4、6、8 和 10cm 为半径画红色圆,圆弧线宽度≤0.1cm。
二、 要求
1. 基本要求
(1)小车可以沿行驶轨迹自动寻迹行驶,行驶圈数 N 可在 1~5 之间设定,行驶时间 t ≤20s。此时瞄准模块电源开关断开。
(2)将小车放置在场地中,位置和姿态自定。启动瞄准模块在 2s 内发射激光击中靶心,要求光斑痕迹距靶心最大距离 D1≤2cm。
(3)将小车放置在行驶轨迹上的指定位置,瞄准方向任意指定。要求启动瞄准模块在 4s 内自动瞄准发射激光击中靶心,要求 D1≤2cm。
2. 发挥部分
将小车放置在 AB 段轨迹上,前沿投影与 AC 线对齐,启动小车和瞄准模块,在 t 秒内沿轨迹自动寻迹行驶 N 圈,运动期间激光笔必须连续发光射向靶面,不满足要求不计成绩。
(1)要求 N=1 圈,t ≤20s,D1≤2cm。
(2)要求 N=2 圈,t ≤40s,D1≤2cm。
(3)要求 N=1 圈,t ≤20s,激光笔沿靶面上半径 6cm 的红色圆弧同步画圆,光斑痕迹与半径 6cm 的红色圆弧线最大距离D2≤2cm;小车行驶 1 圈,正好画 1 圈光斑,同步误差必须小于 1/4 圈。
(4)其他。
三、 说明
(1)作品中的小车尺寸不大于 25cm(长)×15cm(宽)× 25cm(高)。小车尺寸包括小车以及所安装瞄准模块总体轮廓尺寸。小车采用轮式小车,轮数 3~4 个,不得采用履带和麦氏轮。小车由车载电池供电,行驶过程中不得人为干涉、遥控小车运动。行驶过程中小车的投影必须在轨迹线上,投影完全脱离轨迹线即认为此次测试失败,此项目不得分。进入测试环节,中途不得更换电池。
(2)用于控制小车寻迹行驶的 MSPM0 控制板必须安装在装置的表面,裸露 MCU 型号,便于测试前查验。MSPM0 控制板与瞄准模块采用独立的电源开关分别控制供电,用发光管显示每个控制板的供电状态。不符合要求的小车不予测试。
(3)靶面尽量靠墙竖立,周围应当无强光干扰。参赛队对周围环境不得有其他特殊要求。行驶场地建议采用白色哑光喷绘布制作,水平铺设于平整的地面。除题目要求的边线之外,行驶场地上不得有其他任何符号标记。场地内外不得架设其他装置设备。
(4)蓝紫激光笔建议使用波长 405nm、光功率≤10mW 的激光笔。使用激光笔时务必注意安全,切勿照射人眼睛和皮肤!紫外感光纸只有一面有感光特性,可重复使用。紫外感光纸被蓝紫激光笔照射后,纸面会留下感光痕迹。感光痕迹会持续滞留 20s~60s 才会消失,滞留时间与蓝紫光线照射强度有关,照射强度越大,痕迹颜色越深、滞留时间越长。
(5)Di ≤2cm(i=1,2)为满分,Di 每增加 1cm 扣 1 分,不足 1cm 按 1cm 计算。所有含时间测试要求如果超时,该项计 0 分。
(6)测试时,场地喷绘布和制作的目标靶可以自带。
四、评分标准

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