各组考核题

截止时间：1 月 31 日

考核成员可从以下题目中任选其一完成。

基本要求

• 使用任意单片机作为主控
• 使用嘉立创 EDA 独立完成原理图及 PCB 设计
• 不允许直接使用完整核心板代替主控电路
• 必须具备实际焊接、调试及功能演示
• 允许参考开源项目，但必须能够解释电路及程序
• 考核现场可能随机修改部分参数或功能

关于焊接场地：实验室可以提供焊接工具和场地。有需要的话，请先加入招新咨询群联系我们，约好时间再来，不要直接前往。

题目一：FOC 无刷电机控制器

项目目标

设计一块基于 STM32 的无刷电机控制板，实现无刷电机的 FOC 控制。

基础功能

• 完成三相无刷电机驱动电路设计。
• STM32 产生三相 PWM 信号。
• 读取磁编码器获取电机转子角度。
• 实现电机闭环控制。
• 实现速度环 PID。
• 实现位置环 PID。
• 可以通过串口修改：
  • 目标速度
  • 目标位置
• 实时输出：
  • 电机位置
  • 电机速度
  • 目标值
• PCB 需要包含基本电源转换电路。

加分项

• CAN 通信控制
• 上位机实时绘制速度/位置曲线
• 支持串口实时修改 PID 参数
• 电机过流保护
• 欠压/过压保护
• 支持速度、位置、力矩三种控制模式

题目二：无线手持功率计

项目目标

设计一套能够实时测量设备电压、电流、功率以及累计电量的便携式功率检测设备。设备可以安装在机器人、电池或其他直流设备供电线路中。包含手持端和机载端，手持端可以显示实时电压电流功率等信息，可支持远程开关断电，机载端可以接入电路。

基础功能

• 输入输出端子采用 XT30 接口
• 实时检测输入输出电压。
• 实时检测负载电流。
• 计算实时功率。
• 计算累计电量。
• 手持端 OLED/LCD 显示：
  • 电压
  • 电流
  • 功率
• 手持端有机械开关，可以遥控机载端进行远程断电。

加分项

• 可设置过流保护值
• 欠压自动断电
• 峰值功率记录
• 数据曲线显示与记录（可以显示在电脑上）

题目三：USB-C PD 智能可调电源

项目目标

利用 USB-C PD 电源作为输入，通过 PD 协议诱骗获得不同输入电压，并设计一台可调直流电源。

基础功能

• 使用 PD 诱骗芯片与 USB-C PD 充电器通信。
• 支持请求多个 PD 固定电压档位，例如：
  • 5V
  • 9V
  • 12V
  • 15V
  • 20V
• 使用旋钮/编码器设置目标输出电压。
• 屏幕显示：
  • 实际输出电压
  • 当前 PD 输入档位
  • 当前电流值
• 可通过开关来开启/关闭输出

加分项

• 支持通过串口或者按键（或其他方式）来设定目标值
• 恒压 CV 模式
• 过流、过温报警
• 输出功率显示
• PC/手机端远程控制
• 上位机输出电压变化曲线显示

截止时间：2 月 20 日

你要交什么

一份 用 SolidWorks 自己画出来的整车装配体，以及能说清「做了什么、哪里没做好」的简要说明。

第一步 · 模型怎么来

必须自己从零画。开源模型可以参考，但不能直接拿来交。

开源模型可以用来参考

到 RoboMaster 官方论坛 搜「开源」「图纸」「步兵」，看别人整机是怎么做的：

• 云台怎么架、电机怎么固定
• 主控板、小电脑、相机分别放在哪
• 轴系怎么走，用什么轴承和传动

参考的是思路和布局，不是文件本身。

允许与不允许

可以做：

• 看开源模型，学它的结构思路和布局方式
• 使用厂商提供的成品件模型（螺丝、轴承、电机等买来就有的东西）
• 按开源方案的思路，自己重新画一遍

不可以做：

• 下载别人的装配体，改改配合关系就交上来
• 整车结构、底盘、云台直接使用别人的零件文件
• 只换外观，内部结构照抄

一句话标准：交上来的整车结构件，都应该是你自己画的。说不清「这个零件为什么这么设计」的，就不算完成考核。

第二步 · 装配要求

必须做到

• 裁判系统正确安装，零件一个不缺：装甲板、主控模块、图传、电源管理等都要按实物位置装到位。
• 电机正确选型并安装：底盘电机、云台电机、拨弹电机都要有，型号和安装位置要讲得通。
• 整车所需的电子元件都要出现在装配体里，包括：
• 主控板与各类 PCB —— 板子本身可以先用方块代替，但安装位置和固定方式必须画出来
• 小电脑（Mini PC）及其安装方式
• 相机及其安装方式
• 电池与电源模块

不知道车上有哪几块板？ 去 硬件组学习路径 开头的「一、硬件组的工作」看——分电板、USB_TO_CAN / IMU / 集线器、超级电容模块等都在那里列着，照着把位置留出来。

• 装配不能出错：基本轴系正确安装（轴、轴承、联轴器同心，不歪、不别劲），零件之间干涉尽可能少。

可以放宽

• 性能、可用性差一些没关系：考核不要求能上场打，只要求「装得对」。
• 防撞板、外观装饰件之类可以缺少。
• 底盘和云台，至少有一个完成度较高即可，不要求两个都做完。

第三步 · 交之前自查

• 整车结构件都是我自己画的，没有直接用开源文件
• 裁判系统零件齐全，位置正确
• 底盘电机、云台电机、拨弹电机都在，型号合理
• 小电脑、相机的安装方式在图上能看到
• PCB 的预留位置有标注
• 轴系没有明显歪斜、卡死
• 装配体没有明显的干涉、穿模
• 底盘或云台有一个完成度较高

常见问题

我能直接下载开源模型来交吗？

不能。开源模型是用来参考的——看结构、看布局、看别人怎么解决某个问题，然后自己画。直接下载装配体改改配合关系交上来，不算完成考核。

那螺丝、轴承、电机这些也要自己画吗？

不需要。这些是买来就有的成品件，直接用厂商提供的模型就行。需要你自己画的是整车结构件：底盘、云台、各种连接件和安装件。

开源模型去哪里找？

到 RoboMaster 论坛 搜「开源」「图纸」「步兵」，很多战队会放出整机的 STEP / SolidWorks 文件供参考。

必须用 SolidWorks 吗？

是。组内统一用 SolidWorks，装配体、工程图和后续改版都在这个环境里做。

「完成度较高」是什么标准？

以底盘或云台为例：零件齐全、能正确装配、轴系对得上、没有明显干涉就够了——不要求出完整加工图和公差标注。

考核要求

1. 本考核不限制 AI 工具的使用，但须理解并掌握所提交程序的设计思路与实现细节，能够解释代码逻辑并独立完成调试和修改。
2. 请使用 C++ 完成，可选择以下任意一种方式：
   • 基础路线：完成两道题的基础部分。
   • 进阶路线：完成其中一道题的基础部分及进阶部分。
3. 工程要求：
   • 使用 CMake 或 xmake 管理工程构建，将源代码、构建配置文件及必要资源上传至 GitHub
   • 使用 .gitignore 排除构建目录、编译产物和临时文件
4. 在 README.md 中说明所选路线、已完成功能、编译与运行方法，并提供验证步骤和结果。

一、自动寻路贪吃蛇游戏

实现一个自动寻找食物的贪吃蛇游戏。图形库可自行选择，推荐使用 raylib 或 ImGui。

基础部分

1. 地图采用二维栅格表示，包含边界、障碍物、蛇和食物。障碍物可预设，运行期间无须支持地图编辑。
2. 蛇使用 A* 等算法规划前往食物的路径，按设定速度连续移动，吃到食物后身体增长，并在空闲位置生成新食物。
3. 路径规划须考虑边界、障碍物和蛇身，发生碰撞时须停止游戏并提示。
4. 支持暂停、继续、重新开始和调整移动速度。移动速度不应受显示帧率影响。
5. 显示当前规划路径。

进阶部分

在基础部分上增加以下功能。

1. 支持存在多个食物，在搜索过程中可以切换目标食物。
2. 用户可以在不暂停游戏的情况下添加或擦除障碍物，以及添加食物。
3. 在后台线程中执行路径搜索，自行实现后台搜索任务与主线程之间的数据交换机制。
4. 没有可达食物时，蛇应在存在安全移动方案的前提下，在可通行区域内持续游走。
5. 程序退出时，正确结束后台任务并释放资源。

二、卡尔曼滤波

实现以下线性系统的状态估计

x_k = x_k−1，　z_k = Hx_k + v_k。

已知过程噪声协方差 Q = 0，观测噪声 v_k ∼ N(0, I_n)，且不同时刻的观测噪声相互独立。初始状态估计及误差协方差为

x̂₀ = 0，　P₀ = I_n。

观测矩阵定义为

H = I_n + 0.2A + 0.2B。

其中 A、B 为置换矩阵。

基础部分

1. 实现 10 维系统的卡尔曼滤波，完成预测和观测更新，包括状态估计及误差协方差的更新。
2. 自行构造两个 10 维置换矩阵及一个固定的真实状态向量，生成 100 组带有上述观测噪声的观测数据。固定随机种子，保存测试数据，并在 README.md 中说明生成方法，确保结果可复现。
3. 自行实现所需的线性代数运算，至少支持矩阵加减、乘法、转置及线性方程组求解等。禁止直接调用第三方矩阵库、优化库或现成滤波器，可以在理解相关原理的基础上参考第三方库的实现。
4. 按顺序处理 100 组观测，保存第 10、50、100 次更新结束后的完整后验状态估计向量。
5. 打印完成 100 次递推更新的核心计算总耗时。

进阶部分

在完成基础部分的基础上，将状态维度扩展至 65536 维。

1. 使用附件定义的两个置换矩阵，自行生成一个固定的真实状态向量，并按上述观测模型生成 100 组观测数据。各组观测使用相互独立的标准正态噪声。固定随机种子，提供数据生成程序，并在 README.md 中说明生成方法，确保数据可复现。真实状态向量仅用于生成观测和评估误差，不得直接参与状态估计。
2. 自行选择合适的数据结构与求解方法。
3. 在结果正确的前提下，尽可能优化运行时间与内存占用。

结果文件格式

基础部分和进阶部分均将状态估计结果保存为 CSV 文件，包含 1 行表头和 n 行数据。状态估计值使用 double 类型，输出时保留 10 位有效数字。

i 为从 0 开始的状态分量索引，xhat_10、xhat_50、xhat_100 分别为第 10、50、100 次更新结束后的后验状态估计值。文件结构示意如下：

i,xhat_10,xhat_50,xhat_100
0,（第0维结果）,（第0维结果）,（第0维结果）
1,...,...,...
...

附件下载 / Downloads

• 两个 65536 维置换矩阵的索引