备战电赛:知识储备/训练案例/赛题分析/单片机学习

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又是一年电赛时,有很多第一次参赛的同学,尤其是大一大二的过来问我们,如何准备电赛,因此达尔闻特邀前国一选手余昊分享他的电赛经验(本期重点分析电源题该怎么备战),三年电赛经验值得一看。

 

点击观看视频:https://www.bilibili.com/video/BV1cK4y1U7yz

 

观看指南:

0:24:基础知识

2:02:具体训练案例及建议

4:12:单片机学习

 

下面是视频文字稿以及余昊分享的电源训练任务:

 

第一步:电源基础知识

电源类赛题相对其他赛题更注重硬件的设计,没有复杂的机械结构,对单片机算法的要求也比较低。电源题一般是要求制作一个稳压或恒流电源,偶尔也会涉及无线输电相关的题目,要完成题目的要求通常都需要配合单片机或FPGA进行简单的控制。

 

余昊团队的19年国赛A题国一作品

 

电赛的团队一般是由三位同学组成,我建议两位同学主攻硬件部分,一位同学主攻软件部分。

 

先说说硬件部分,纵观往年的电源题,不外乎就是DC-DC变换、DC-AC变换或AC-DC变换这几种基本的变换类型的排列组合,负责硬件的同学就需要熟练掌握这些变换类型的常用电路。

 

其中DC-DC电路是最基本的类型,几乎每年的电源题都有涉及,DC-DC变换又包括了线性电源和开关电源两类。

线性电源电路简单但是效率很低,一般只用于测控电路的辅助电源。开关电源才是电源题考察的重点。常用的开关电源拓扑结构比如Buck电路、Boost电路、全桥升降压电路、buck-Boost电路也是需要熟练掌握的,有些时候还可能会用到电荷泵升降压电路。

 

DC-AC逆变电路最常使用的是全桥逆变电路加一个LC低通滤波器。

AC-DC电路最简单的就是全桥整流滤波电路,有时候还需要用到有源功率因数校正电路。

 

 

第二步:具体训练案例及建议

就以我们实验室的训练计划为例,可以为大家提供一些参考。(详细的任务文档可以在“达尔闻说”微信回复:电赛学习任务,获取)

 

刚加入实验室的萌新,第一个任务就是制作一个基于LM7805的AC-DC线性稳压电源,这个任务比较简单,适合新手入门学习电源的基础知识和仪器的使用方法。

第二个任务主要是制作一个基于LM2596的DC-DC开关降压电源,LM2596是一款常用入门级的开关电源芯片,可以用来学习开关电源的基础知识。

 

第三个任务就是在不使用专用的电源集成电路的前提下搭建一个升压型的开关电源,这个任务可以深入了解开关电源的内部结构、控制原理。

 

第四个任务是使用EG8010搭建一个DC-AC单相逆变稳压电源,通过这个任务可以了解逆变电源的工作原理。

 

最后一个任务是制作一个AC-DC具有有源功率因数校正功能的电源,也就是完成2013年电赛的A题。

 

通过这些任务就可以比较好的掌握电源的基础知识,这个任务安排表不一定适合每个人,希望能对你有帮助,当然有更好的训练方案也欢迎在弹幕和评论区讨论。

余昊团队的20年省赛B题一等奖作品

在完成了这几个基本训练任务后,就可以尝试完成一些往年电赛真题,建议在电赛前最好能亲手完成至少2题往年电赛题。在平时训练的过程中也要把一些常用的电路模块画成PCB并调试好,比如辅助电源、升压电源、降压电源以及单片机测控板、电压电流检测模块等,这样可以在电赛期间省下不少时间。在电赛中,除了实现要求的功能,电源的效率也是电赛考察的重点,在训练的过程中就需要留意能量损耗的问题,并思考如何减少损耗,尽可能提高效率。

 

第三步:单片机学习

电源题对单片机算法要求不高,程序的复杂度也不会太大,负责软件同学需要能熟练使用单片机的DAC、DAC、外部中断、定时器中断、PWM输出以及OLED或数码管的驱动等基本外设的使用,能够使用单片机实现直流电压、电流、交流电压有效值、电流有效值、有功功率、功率因数等电参数的测量,还需要掌握基本的电源控制方法,掌握简单PID控制算法,可以使用单片机的PWM或DAC功能控制开关电源、可以用单片机实现逆变、并联均流控制等。

学习单片机我个人建议可以直接从STM32开始学起,STM32性能足够强而且网络上教程资料多,入门比较快。但是因为有些赛题会有指定使用TI处理器的要求,学有余力的同学可以同步学习MSP430或MSP432系列,配合官方的SDK和教程学起来也不会很困难。同样在电赛前也应该和负责硬件的同学一起完成几道往年真题来夯实基础。

如果想要学习更多的电源相关知识,可以观看达尔闻的视频培训课程,那里也有很丰富的培训资源。当然在学习完理论知识后,一定不能忽视动手实践!自己动手做一遍也是一个非常重要,不可或缺的环节。

 

以上就是电赛电源题的备战方法和建议,希望可以给今年做电源题的同学一些帮助。下期,余昊会分析历年真题,以及模拟比赛过程,请关注B站:达尔闻

 

2021年4月25日 17:09
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