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附件1
2025年广东省工科大学生实验综合技能竞赛
电机功率检测模块的设计及制作赛项命题
随着新能源电动汽车的快速发展，电控系统作为车辆运行的核心单元，其性能直接影响整车的安全性与能效。其中，电机功率的实时监测是电控系统功能实现的关键环节，需通过高精度采集电压、电流参数并动态计算功率值。
电机功率检测模块的工作原理如下图所示。电机功率检测模块有两个输入接口，即锂电池供电接口（由外部锂电池给模块供电）、电机供电接口（接入外部稳压直流电源，作为电机的电源）。电机功率检测模块有两个输出接口，即电机接口（与外部电机连接，驱动电机工作）和串口通讯接口（与外部设备实现数据传输）。
电机功率检测模块的工作原理图
一、竞赛任务
各参赛队需要完成检测模块PCB的设计及制作、元器件焊接和组装，并接上电源，完成程序的编写和调试。组委会现场提供的物料包是用于检测模块的组装和程序的调试。
二、检测模块制作要求
参赛队具备基于STM32的电路板设计、电路板焊接、嵌入式软件开发和系统安装调试的能力。
各参赛队须自备笔记本电脑、PCB设计相关软件、STM32嵌入式软件开发工具及程序烧录工具（ST-LINK烧写器）、可调温电烙铁（最低焊接温度可设置到180℃）、安装调试工具和仪表、少量杜邦线等。
参赛作品要按照公布的命题完成，并在组委会提供的测试平台上完成考核。
参赛作品要求全部采用组委会发放的物料制作完成，如果采用非组委会发放的物料，取消比赛资格。
三、竞赛过程
根据发布竞赛任务，各参赛队根据组委会提供的相关资料，在校内完成检测模块PCB板的设计，按照规定的时间和方式提交组委会，然后由组委会统一进行PCB的制作。制作完毕之后，在现场实践环节向PCB设计合格的参赛队伍，发放该队伍设计的且已制作好的PCB板和物料包。在规定的时间内完成检测模块的元器件焊接、组装、程序开发和调试。PCB设计不合格的参赛队伍，或者放弃使用自己设计的PCB板的参赛队伍，可以选用组委会提供的标准PCB板和物料包，完成焊接、组装、程序开发、调试等内容（扣除总分的50%）。
四、赛程安排
“电机功率检测模块”赛项由设计、现场实践和现场考核等三个环节组成。第一环节主要进行“PCB设计”，现场比赛前在校内完成，根据设计结果进行评分。第二环节是现场创新实践环节，按照要求完成作品制作和调试，第三环节是现场考核。第二、第三环节的具体要求和评分标准现场发布。
五、运行环境说明
组委会提供的测试平台，参赛队将其作品与测试装置连接完成作品的测评。
在现场实践环节，现场将提供220V 交流电以及必要的材料。
六、竞赛内容
1.第一环节：检测模块设计
根据竞赛组委会提供的竞赛资料包，各参赛队自行设计“电机功率检测模块”（简称检测模块）。该模块用于实时检测电机的输入电压、电流数据，计算电机工作时的瞬时功率大小。要求如下：
Ø 基于STM32G030K8T6单片机模块，设计并实现电机检测模块。模块需通过硬件电路与嵌入式程序协同工作，完成对电机电压和电流的实时检测，并进行功率计算；
Ø 检测模块通过USART串口稳定输出电机的电压、电流及功率的数据。
Ø 利用STM32G030K8T6单片机模块的AD接口，实时采集电机（直流有刷电机）工作的电压信号，要求用带2.5V偏置的差分运放电路进行电机电压（电机工作电压范围为0至+12 V，但要考虑稳压直流电源和检测电路由于浮地产生负电压的情况，即可能接入到检测电路的电压为-12V至0V）的前置处理，其输出至单片机 AD接口的信号电压范围为0V~3.3V；
Ø 利用STM32G030K8T6单片机模块的AD接口，实时采集电机（直流有刷电机）工作的电流信号，要求用采样电阻和带2.5V偏置的差分运放电路实现电流信号转换和前置处理（电机工作电流范围为0.05A至0.2A），其输出至单片机 AD接口的信号电压范围为0V~3.3V；
Ø 通过STM32G030K8T6单片机模块测得的电机工作电压和工作电流，计算出电机工作的瞬时功率；
Ø 电机功率检测模块需要设计稳压电路，给单片机模块供电，稳压电路的输入电压为7.4V，输出电压为3.3V，要求用红色LED指示灯常亮来表征稳压电路的输出电压处于正常工作状态，单片机控制绿色LED指示灯的闪烁显示电路是否正常运行；
Ø 电机功率检测模块采用赛委会提供的锂电池供电，锂电池的输出电压为7.4V。锂电池供电接口采用“XH2.54-LI-2P”连接器，其中1脚为电源正极，2脚为电源负极，且必须有电源开关控制电路供电；
Ø 电机功率检测模块具有串口通讯功能，接口标准为TTL电平，串口连接器采用“HDR2.54-LI-3P”3P排针，排针1~3脚接口定义依次是TXD、RXD和GND；
Ø 电机功率检测模块的电机接口连接器采用“XH2.54-LI-6P”连接器，其中1和6脚分别为电机供电的正负极，2~5脚为悬空状态；
Ø 电机功率检测模块的电机供电接口连接器采用“XH2.54-LI-2P”连接器，要求“XH2.54-LI-2P”连接器的1脚连接外部供电电源的正极， 2脚连接外部供电电源的负极；
Ø 电机功率检测模块的设计尺寸不能大于50mm×50mm；
Ø 电机功率检测模块设计和PCB设计必须采用下列表1元器件清单库中的元器件，且数量也不能超过清单中给出的数量，封装可以参考封装库中内容，不允许采用非清单库中的器件。
表1 元器件清单
（1）检测模块设计要求
根据命题和组委会提供的资料，参赛选手必须在现场比赛前，使用电路设计软件（如Altium Designer、嘉立创EDA等）完成电机功率检测模块的电路原理图设计和PCB设计，PCB设计采用双面板或单面板，且器件标识和网络关系必须与原理图一致，并生成符合规范要求的印制线路板Gerber(RS-274X)工程文件，PCB设计需要符合“PCB设计要求”（见下文中第3点）。
参赛队伍需要提交原理图源文件、原理图PDF格式文件、PCB设计源文件和Gerber格式（RS-274X）制板文件。参赛队伍必须以队伍编号（报名结束后发布）命名所需要提交的每个文件，并将制板文件（Gerber文件）单独放入以队伍编号命名的文件夹中，将所有文件打包，文件名：队伍编号+ZIP/RAR，然后按照组委会要求的方式提交（具体提交时间和方式见后续通知）。没有按时提交设计文档取消后续比赛资格，制板文件数量不足、制板文件格式错误的、文件命名出现学校或个人信息等，均不予制作。
（2）PCB设计要求
为提高制板效率，满足比赛现场时间要求，现对选手提供的制板文件提出以下要求：
①检测模块PCB只能使用《物料清单》中的物料。
②边框（板框）放置在Keep-Out Layer层（板框层），边框必须为闭合图案，边框所有线条宽度都保持一致，有且只能有1个边框，除边框外，Keep-Out Layer不能有其他任何图案。非闭合边框，或边框尺寸超过比赛要求的限定范围，不予加工。
③双面板设计：制板文件格式为Gerber（RS-274X），双面板至少包含GKO、GTL、GBL、孔层（TXT/DRL）等4个文件，单面板至少包括GKO、GTL/GBL、孔层（TXT/DRL）等3个文件。制板文件数量不足、或制板文件格式错误不予加工。
④最小线宽、最小线间距（线边缘间距）10mil（0.254mm）；最大线宽100mil（2.54mm）；元器件最小间距20mil（0.508mm）；走线与焊盘的间距不小于10mil(0.254mm)；单个封装内焊盘宽度不小于12mil（0.305mm），焊盘中心间距不小于25mil（0.635mm），焊盘边缘间距不小于12mil（0.305mm）；板载连接器引脚最小间距不能低于100mil(2.54mm)。线宽、间距超过限定范围，不予加工。
⑤所有插件焊盘（通孔）的尺寸统一为孔径47mil（1.20mm），直径80mil（2.0mm）；过孔孔径只有25mil（0.635mm）一种规格，过孔最小环宽不小于10mil（0.254mm）；固定孔以过孔的形式放置，孔径只能为118mil（3mm）；所有孔必须为圆形孔；除25mil（0.635mm）、47mil（1.20mm）、118mil（3mm）的圆形孔以外，其他尺寸与形状的过孔、钻孔、通孔等一概不加工。
⑥所有电气连接均以走线（Track）方式连通，不可使用铺铜（Poly），否则无法加工。
⑦PCB大小不能超过50mm×50mm。超过规定的范围，不予加工。（3）STM32G030K8T6单片机模块说明
单片机选用的型号是STM32G030K8T6，封装为LQFP-32(7x7)，共32引脚。为了便于焊接操作，并满足赛题要求，组委会提供了该芯片的扩展封装板，STM32G030K8T6单片机已在扩展板上焊接完成，并将单片机的14个引脚以邮票孔形式引出，脚间距2.54mm，模块整体尺寸是16mm×19mm，模块的尺寸和布局见下图，模块引脚定义见表2。
表2 STM32G030K8T6单片机引脚功能对照表
程序烧录孔从左至右引脚定义见表3。
表3 烧录引脚定义
注：STM32G030K8T6的SWCLK引脚和BOOT0引脚是同一个引脚，所以BOOT0接地时，要串连10K电阻，这样确保能正常烧录程序。
组委会提供的电子文档（请在网站下载）：
1） 物料清单；
2） 主要物料的数据手册；
3） 电子元器件PCB封装库与原理图库。
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2.第二环节（现场实践）
在规定时间内，各参赛队按照现场发布的任务命题，采用现场提供的装备和材料（电子元器件由组委会提供），完成相关电路的制作和程序开发及烧写，并进行调试。若参赛队没有按规定完成相关电路的制作和程序的开发，将不能参与后续的比赛环节。
自带焊接工具和调试工具。有安全隐患的物品以及不允许带的物品不能带入创新实践环节现场，否则取消比赛资格。
3.第三环节（现场考核）
现场抽签决定各参赛队比赛的赛位号。
参赛队将其作品与测试装置连接，完成现场考核。
比赛成绩是三个环节得分的总和。若出现参赛队成绩相同，则按现场考核部分的成绩先后排序，如得分相同，则按设计环节的成绩先后排序，如仍旧无法区分排序，则抽签决定。
