2027 全国大学生电子设计竞赛本科组测量与测控方向备赛计划

1. 备赛方向

主攻：

电子测量 + 仪器仪表 + 信号分析 + 视觉测量 + 基础闭环控制

总体能力路线：

测量主线：
模拟前端
→ 数据采集
→ 时间/频率测量
→ 参数测量
→ DSP
→ 标定与误差分析
→ 视觉测量

控制副线：
PWM
→ 电机驱动
→ 编码器
→ 速度测量
→ 速度 PI
→ 位置控制
→ 视觉闭环

真题安排

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2. 三人分工

三人共同掌握：

• STM32 基础开发

• 万用表

• 示波器

• 可调电源

• UART

• ADC

• Timer

• PWM

• 基础电机驱动

• Git

• 基础模拟电路

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3. 每周时间

每人约 20 h / 周。

测量主线优先。

电机副线在 10 月至次年 2 月每周安排约 1～2 h，不影响当前整题。

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4. 必修技术

4.1 STM32

平台：STM32F429。

• GPIO / EXTI

• UART

• Timer

• PWM

• Input Capture

• Encoder

• ADC + DMA

• I²C

• SPI

• Watchdog

• Flash 参数保存

4.2 模拟测量

• 分压

• RC

• 运放

• 比较器

• MOS

• 放大 / 衰减

• 偏置

• 滤波

• ADC 前端

• 电流检测

• 输入保护

理解：

• 共模范围

• 输出摆幅

• 带宽

• 噪声

• 饱和

• ADC 源阻抗

• 参考电压

• 采样时间

• 混叠

4.3 时间、频率与脉冲测量

• Timer

• Input Capture

• 频率

• 周期

• 占空比

• 脉冲宽度

• 时间差

• 超时

• 计数器溢出

• 测量分辨率

4.4 DSP 与数据分析

• Mean

• Median

• Standard Deviation

• Peak

• Vpp

• RMS

• 数字滤波

• 最小二乘

• 插值

• FFT

• 窗函数

• 频谱泄漏

• 基础谐波分析

统一流程：

STM32
→ UART
→ CSV
→ Python
→ NumPy / Matplotlib
→ 分析与标定

4.5 视觉测量

• Python

• NumPy

• OpenCV

• Gray / HSV

• Threshold

• Morphology

• Canny

• Contour

• Center

• Bounding Box

• 直线 / 圆检测

• 相机标定

• 畸变校正

• 单应变换

• 距离、尺寸、角度测量

暂不重点学习复杂深度学习。

4.6 电机与控制

第一阶段：基础必修

• PWM

• 电机驱动

• 正反转

• 电源与限流

• 编码器

• 转速计算

• 输出限幅

第二阶段：闭环必修

• 速度 PI

• 响应曲线

• 超调量

• 稳态误差

• 调节时间

第三阶段：按题深入

• 位置 PID

• 视觉闭环

• 双轴控制

• 前馈

• 串级控制

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5. 月度计划

2026 年 9 月｜环境、C、Git

第 1 周

三人共同：

• CubeMX 创建 STM32F429 工程

• GPIO

• LED

• Button

• UART

• SWD

• 断点

• 查看变量

C 语言：

• 函数

• 数组

• 指针

• 结构体

• 枚举

• 位运算

第 2 周

Git：

• init

• add

• commit

• branch

• pull

• push

• .gitignore

• README

鲁班猫：

• SSH

• Python

• 文件传输

• 串口设备

• 程序运行

月底验收

三人独立完成：

Button
→ STM32
→ LED
→ UART

建立仓库：

NUEDC_2027/
├── README.md
├── training/
├── common/
├── projects/
└── docs/

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2026 年 10 月｜采集、计时、仪器与电机入门

第 1 周｜UART

完成：

• UART TX/RX

• 中断接收

• 简单数据帧

• 参数修改

• 状态回读

• 校验基础

第 2 周｜Timer

完成：

• 定时中断

• PWM

• Input Capture

• Encoder Mode

测量：

• 频率

• 周期

• 占空比

• 脉冲宽度

至少测试：

• 3 个频率

• 3 个占空比

与示波器比较。

第 3 周｜ADC + DMA

测试：

• 至少 5 个直流电压点

• 简单正弦输入

记录：

第 4 周｜电机基础

完成：

STM32 PWM
→ 电机驱动
→ 直流电机

学习：

• 电机供电

• 驱动器

• PWM 调速

• 正反转

• 停止

• 输出限幅

测试：

• 多个 PWM 占空比

• 示波器观察 PWM

• 测量电机电流

同时完成：

STM32
→ UART
→ Python
→ CSV
→ 曲线

月底验收

三人均会：

• UART

• Timer

• PWM

• Input Capture

• ADC + DMA

• I²C / SPI 基础

• 万用表

• 示波器

• 基础电机正反转与调速

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2026 年 11 月｜2019 F 原型 + 编码器测速

第 1 周

A：

• 极板

• 引线

• 运放

• RC

• 夹具

• 测量前端

B：

• ADC + DMA

• 定时采样

• UART

• 原始数据

C：

• CSV

• Mean

• Standard Deviation

• Vpp

• 曲线绘制

第 2 周

选择至少 3 种纸张数量。

每种：

• 重新放置 ≥10 次

• 保存原始数据

分析：

• 均值

• 方差

• 数据分布

• 类间差异

第 3 周

A：

• 排查极板间距

• 引线移动

• 夹紧压力

• 电源变化

B：

• 均值滤波

• 中值滤波

• 自校准

C：

• 阈值

• 拟合

• 错误样本

第 4 周｜编码器测速

每周主线完成后安排电机专项。

建立：

电机
→ 编码器
→ STM32
→ 转速
→ UART
→ Python

完成：

• Encoder Mode

• 转速计算

• 方向判断

• 不同 PWM 下的转速测试

记录：

月底验收

测量：

• 至少 3 种纸张状态可稳定区分

• 每种 ≥10 次独立测试

电机：

• 编码器测速正常

• 正反转方向正确

• 能绘制 PWM—转速曲线

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2026 年 12 月｜2019 F 验收 + 速度 PI + 信号测量

第 1 周

2019 F：

• 扩展 1～10 张

• 参数保存

• 自校准

第 2 周

完成：

按键
→ 校准
→ 测量
→ 判断
→ 显示
→ 蜂鸣

加入：

• 短路检测

• 超时

• 错误状态

第 3 周｜速度闭环

建立：

目标转速
→ Error
→ PI
→ PWM
→ Motor
→ Encoder

掌握：

• P

• I

• 输出限幅

• 稳态误差

测试：

• 多个目标转速

• 阶跃改变目标

• 加轻微负载

C 记录并绘制：

Target Speed
Actual Speed
PWM
Time

第 4 周｜信号测量专项

结合 2021 A / 2021 J。

完成：

信号源
→ 模拟前端
→ ADC + DMA
→ Python

计算：

• Frequency

• Vpp

• RMS

• FFT

Mini Mock 1

时间：3 h。

完成简单波形参数测量。

月底验收

• 2019 F 完整验收

• 速度 PI 基本稳定

• 能计算 RMS

• 能完成基础 FFT

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2027 年 1 月｜2023 B 同轴电缆检测 + 电机维持训练

第 1 周｜TDR 基础

学习：

• 传输线

• 特性阻抗

• 传播速度

• 开路 / 短路 / 负载反射

• TDR 原理

A：

• 脉冲接口

• 输入保护

• 比较器 / 前端

B：

• 时间测量

• Input Capture

C：

• 反射波形分析

第 2 周｜长度测量

发射脉冲
→ 电缆
→ 反射
→ 检测
→ 时间差
→ 长度

至少使用 3 个已知长度标定。

第 3 周｜负载检测

测试：

• 开路

• 电阻负载

• 电容负载

记录原始波形和测量结果。

第 4 周｜整题测试

测试：

• 多种长度

• 多种终端

• 重复连接

• 重启

• 连续运行

电机副线

本月每周约 1 h：

• 速度 PI 复测

• 正反转

• 不同目标转速

• 负载变化

月底验收

完成 2023 B 基本要求。

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2027 年 2 月｜参数测量 + DSP + 位置控制入门

第 1 周｜2023 C 测量方法

分析：

• 电容测量

• 电感测量

• 激励方式

• 寄生参数

• 标定

A：

• 测量夹具

• 前端

B：

• 数据采集

C：

• 拟合与标定

第 2 周｜电容

多组已知电容：

标准值
→ 测量
→ 拟合
→ 未知值验证

第 3 周｜电感

重复同样流程。

重点检查：

• 夹具

• 寄生

• 重复插拔

• 量程

第 4 周｜位置控制入门

在现有电机系统上增加简单位置反馈。

如果使用编码器电机：

目标位置
→ Error
→ PID
→ Motor
→ Encoder

要求：

• 能到达指定位置

• 能返回原位

• 有输出限幅

• 记录响应曲线

同时完成 2026 G 周期信号专项：

• FFT

• RMS

• Frequency

• Amplitude

Mini Mock 2

时间：6 h。

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2027 年 3 月｜2025 C 单目视觉测量

第 1 周｜标定

A：

• 相机支架

• 目标物

• 基准结构

B：

• F429 / 鲁班猫通信

• 数据协议

• 超时

C：

• 相机内参

• 畸变

• 棋盘格标定

• 畸变校正

第 2 周｜目标检测

识别：

• 圆

• 三角形

• 正方形

输出：

class
center_x
center_y
size
valid

第 3 周｜距离与尺寸

建立：

图像
→ 轮廓
→ 标定
→ 几何模型
→ D / x

第 4 周｜整机

A：

• 电流测量前端

B：

• ADC

• 状态机

• 显示

C：

• 光照

• 边缘目标

• 无目标

• 测量耗时

月底验收

完整链路：

按键
→ Camera
→ D / x
→ F429
→ Display

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2027 年 4 月｜2025 C 验收 + 视觉闭环控制

第 1 周

优化：

• 标定

• 光照

• 安装

• 几何模型

• 电流测量

第 2 周

正式测试：

3 种图形
× 5 个距离
× 3 次

完成 2025 C 验收。

第 3 周｜2017 B 单轴

把已有电机知识与视觉结合：

Camera
→ Ball Position
→ Error
→ PID
→ Actuator

先实现单轴。

第 4 周｜双轴基础

若进度允许：

• 第二轴

• 定点

• 目标切换

• 丢球处理

记录：

• 超调

• 稳态误差

• 调节时间

Mini Mock 3

时间：8 h。

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2027 年 5 月｜综合仪器题

从以下三题选择一道：

方案 A｜2023 C 电感电容测量

强化：

• 参数测量

• 标定

• 模拟前端

• 寄生误差

方案 B｜2024 B 单相功率分析仪

强化：

• 电压采样

• 电流采样

• 同步采样

• RMS

• 相位

• 功率参数

方案 C｜2025 D 双绞线测试仪

强化：

• 脉冲

• 时间测量

• 线缆故障判断

• 2023 B 模块复用

第 1 周

• 完整读题

• 评分项拆解

• 最大风险验证

第 2 周

完成核心测量链路。

第 3 周

整机联调。

第 4 周

正式测试。

Mini Mock 4

时间：12 h。

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2027 年 6 月｜完整模拟 1 + 控制复测

选择未完整做过的本科题。

优先：

• 仪器类

• 测控类

• 信号处理类

流程：

审题
→ 方案
→ 分工
→ 风险验证
→ 基本要求
→ 联调
→ 测试
→ 报告

模拟后针对最严重的 3 个问题补强。

控制复测

完成：

PWM
→ Encoder
→ Speed PI
→ Position PID
→ Vision Feedback

确保不是做完后长期不用。

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2027 年 7 月｜完整模拟 2 + 赛前稳定

第二次模拟选择不同类型题目。

检查：

• 模拟前端复用

• ADC 模块

• Timer / Input Capture

• PWM / Encoder

• PID

• DSP

• Python

• OpenCV

• 通信协议

• 标定工具

故障恢复

主动制造：

• STM32 更换

• UART 断线

• ADC 异常

• 摄像头重连

• 标定丢失

• 编码器方向错误

• 电机方向错误

• 参数文件丢失

• Git 工程损坏

要求从备份恢复。

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赛前｜复测

重点复测：

• 2019 F

• 2023 B

• 2025 C

• 第四整题

• ADC + DMA

• Timer / Input Capture

• FFT / RMS

• PWM / Encoder

• 速度 PI

• 位置 PID

• 相机标定

• 公共模块

不再学习新技术。

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6. 电机与控制进度表

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7. 测量题覆盖

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8. 公共模块

common/
├── stm32/
│   ├── uart/
│   ├── adc_dma/
│   ├── timer_capture/
│   ├── pwm/
│   ├── encoder/
│   ├── pid/
│   └── protocol/
├── measurement/
│   ├── rms/
│   ├── frequency/
│   ├── time_interval/
│   ├── calibration/
│   └── filters/
├── python/
│   ├── serial_logger/
│   ├── csv_plot/
│   ├── fft/
│   ├── fitting/
│   └── error_analysis/
├── vision/
│   ├── camera/
│   ├── calibration/
│   ├── contour/
│   └── homography/
└── hardware/
    ├── opamp/
    ├── comparator/
    ├── adc_frontend/
    ├── current_measure/
    └── motor_driver/

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9. 项目结构

NUEDC_2027/
├── README.md
├── training/
├── common/
├── projects/
│   ├── 2019_F_PaperCounter/
│   ├── 2023_B_CableMeasurement/
│   ├── 2025_C_MonocularMeasurement/
│   └── fourth_project/
└── docs/

每道题：

project_name/
├── README.md
├── firmware/
│   └── f429_main/
│       ├── *.ioc
│       ├── Core/
│       ├── Drivers/
│       └── ...
├── software/
├── hardware/
├── mechanical/
├── calibration/
├── data/
│   ├── raw/
│   └── processed/
├── tests/
└── report/

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10. 最终验收

• STM32 基础外设熟练

• ADC + DMA 熟练

• Timer / Input Capture 熟练

• UART / I²C / SPI 熟练

• PWM 与电机驱动熟练

• 编码器测速熟练

• 会速度 PI

• 会基础位置 PID

• 会示波器和万用表

• 会设计基础模拟前端

• 会时间、频率、周期、占空比测量

• 会 RMS

• 会 FFT

• 会拟合和标定

• 会相机标定

• 会 OpenCV 几何测量

• 完成 2019 F

• 完成 2023 B

• 完成 2025 C

• 完成第四道综合仪器题或对应专项

• 完成至少 4 次 Mini Mock

• 完成 2 次完整限时模拟

• 建立公共测量与控制模块库

• 所有主线项目有测试数据和稳定 Git 版本