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浙江省第一、第二、第三、第四届大学生电子设计竞赛题目


第一届:
A 题:汽车入库门控装置

一、任务 设计制作一个汽车入库门控装置 二、要求 1、 基本要求 (1)在不大于 1 平方米的场地上,演示汽车由外归来进入自家车库的全过程。车库长 度为汽车长度的 1.5 倍、车库宽度为汽车宽度的 1.5 倍。可用拦栅代表卷闸门。车 库用三块木板搭建。车库位置(含栏栅)以及汽车起始位置,由评测专家现场决 定。场地

上不得设置任何标置。 (2)每次入库时间应不大于 5 分钟。 2、发挥部分 (1)汽车倒车入库 (2)汽车未能准确入库时,栏栅无法落下。栏栅在 2 分钟内未落下,发出报警信号。 (3)自行发挥部分,要求实用、合理。 三、评分标准 基本部分:60 分 设计报告:20 分 发挥部分:50 分

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B 题:矩形脉冲信号发生器
一、任务 设计并制作一个矩形脉冲信号发生器 二、要求 1、 基本要求 (1)输出波形如图所示。脉冲上升边 tr、脉冲下降边 tf 均应小于脉冲宽度 tp 的 10%。

(2)脉冲宽度 tp 及重复周期 T 的数值可用键盘输入,并有相应的数字显示。时间量 纲分 0.1μ s、1μ s、1ms 三档。有效数字为 4 位。显示值与实测值之间的误差 ≧±5%。 (3) 输出正极性矩形脉冲, 可以外同步工作。 幅度可连续调节, 最大幅度 Vmmax≦6V。 另有专用于 TTL 或 CMOS 负载的输出端口,输出阻抗约为 75Ω 。 (4)电源可用实验室设备,不必自行制作。 2、 发挥部分 (1) 输出幅度 Vm 可用键盘输入, 并有相应数字显示。 可从 0.1V 变化到 5.5V, 以 0.1V 步进。显示值与实测值之间的误差≧±5%。 (2)可将输出改为伪随机序列脉冲,长度为 15bit(其它指标同基本部分) 。 (3)自拟其它功能,要求实用。 三、评分标准 基本部分:60 分 设计报告:20 分 发挥部分:50 分

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C 题:太阳能 LED 交通警示板
一、任务 设计并制作一个交通警示板。 该装置以太阳能为能源, 铅酸蓄电池为蓄能部件和电路工 作电源。该警示板设置在夜间有事故隐患的路段,LED 不间断地闪烁。白天可关闭。 二、要求 1、 基本要求 (1)设计并制作太阳能光伏板对电池的充电装置。 (2)设计并制作以电池为电源的 LED 闪烁工作的装置。 (3)设计并制作以太阳能光伏板为传感器的光控电路,控制 LED 在白天关闭、夜间 开启。 2、发挥部分 (1)在基本要求的基础上,利用 LED 作显示单元,设计制作该路段的白天通过车辆 数量的传感、计数、显示装置。最大显示数为 99。该装置在光控开关控制下,白天开 启、晚上关闭。 (2)给蓄电池加上充、放电保护装置。防止过充电和过放电。 (3)给光控电路增加避免瞬时光照(如夜间闪电、过往车辆灯光等)引起误动作的 功能电路。 (4)采取各种措施降低蓄电池的工作电流,延长电池工作时间。 (5)其它自选功能。 三、说明 1、 推荐选用 6V,2AH 铅酸蓄电池。 2、 基于上述蓄电池,建议太阳能光伏板的参数为:峰值电压 8.5V、峰值电流 310mA、 峰值功率 2.5W。 3、 警示 LED 与显示 LED 可共用。推荐选用 1 英寸 LED 数码管。作警示灯光时,可显 示为‘日’字。 三、评分标准 基本部分:60 分 设计报告:20 分 发挥部分:50 分

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D 题:城市交道口交通灯控制系统
一、任务 设计并制作一个城市交道口交通灯控制系统 二、要求 1, 基本要求 (1)在 1 平方米左右木板上制作交道口模型,装上交通灯。交道口模型如图所示。

(2)交通灯控制规则如下: 1)每个街口有左拐、右拐、直行及行人四种指示灯。每个灯有红、绿两种颜色。 自行车与汽车共用左拐、右拐和直行灯。 2)共有四种通行方式: ① 车辆南北直行、各路右拐,南北向行人通行。南北向通行时间为 1 分钟, 各路右拐比直行滞后 10 秒钟开放。 ② 南北向左拐、各路右拐,行人禁行。通行时间为 1 分钟。 ③ 东西向直行、各路右拐,东西向行人通行。东西向通行时间为 1 分钟,各 路右拐比直行滞后 10 秒钟开放。 ④ 东西向左拐、各路右拐。行人禁行。通行时间为 1 分钟。 3)在通行结束前 10 秒钟,绿灯闪烁直至结束。 (3)不必自制电源。
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2, 发挥部分 (1)有倒计时时间显示。 (2)若交道口出现紧急情况,交警可将糸统设置成手动:全路口车辆禁行、行人通 行。紧急情况结束后再转成自动状态。 (3)当有 119、120 等特种车辆通过时,糸统自动转为特种车放行,其它车辆禁止状 态。特种车辆通过 15 秒钟后,糸统自动恢复,用模型车演示。 (4)其它自选措施。 三、评分标准 基本要求:60 分 设计报告:20 分 发挥部分:50 分

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E 题:婴儿监护器
一、任务 在母婴分房睡觉的情况下,使用婴儿监护器。使母亲能够监听到婴儿的啼哭和吵闹声。 设计并制作婴儿监护器。 二、要求 1、 基本要求 (1)在婴儿卧室中设置监控器,在母亲卧室中设置监听器,两者用调频发射、接收 装置连系。调频频率定为 30MHz~40MHz 之间。 (2)监听器可通过监控器听到婴儿实时发出的各种声响。 (3)监听器与监控器之间的距离不小于 10 米。 2、 发挥部分 (1)当监控器不工作时(如:关机、电源供电不足等情况) ,监听器会发出报警。 (2)当婴儿哭声、吵闹声持续一定时间(用户可自行设置)时,监控器不仅传送实时 声响,还会发送报警信号。 (3)作为商品,不同的婴儿监护器同时工作时互不干扰。 (4)其他自选功能,要求实用、合理。 三、评分标准 1、 基本部分:60 分。 2、 设计报告:20 分 3、 发挥部分:50 分。

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第二届:
单相高功率因数整流电源(A 题)
【本科组】 一、任务 设计并制作一台单相高功率因数整流电源,输入单相交流电压有 效值为 220V,50Hz,输出电压为直流 36V,输出功率为 100W。电源 框图如下图所示。

二、要求 1.基本要求 (1)输入电流波形为基本正弦; (2)输入电压为 220V±10%,50Hz 时,输出电压 36V±2%; (3)当输入电压为 220V, 负载电流从 0A~2.8A 时, 输出电压 36V±5%; (4)效率 70%以上; (5)输入输出隔离; (6)具有过流保护(输出电流≥3.5A 时动作),保护时无直流电压输出; (7)输出纹波电压峰-峰值<1V(满负荷下) 。 2.发挥部分

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(1)功率因数达到 0.95 以上(功率因数达不到要求时,所有发挥部分 不计分) ; (2)当输入电压由 198V 变化至 242V, 负载电流 2.8A 时, 输出电压 36V ±0.2%; (3)当输入电压为 220V, 负载电流从 0A 变化至 2.8A 时, 输出电压 36V ±0.5%; (4)效率 85%以上; (5)过流故障排除后,电路自动恢复正常输出; (6)输出纹波电压峰-峰值<0.4V(满负荷); (7)其它。 三、说明 1.电路中必须设置一些测试点,提供测试方便; 2.在调试过程中,要注意安全; 3.DC/DC 模块不允许使用成品模块,不得另加辅助电源; 4.本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分, 要求用带宽不小于 20MHz 模拟示波器(AC 耦合,扫描速度 20ms/div) 测量; 5.电源应能在测试过程中连续安全工作。

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四、评分标准
项目 设计方案与论证 理论分析与软件说明 设计报告 主要电路说明、测试方法 数据、结果分析 合计 完成 1 项: 完成 2 项: 完成 3 项: 基本部分 完成 4 项 完成 5 项 完成 6 项 完成 7 项 合计 完成 1 项 完成 2 项 完成 3 项 发挥部分 完成 4 项 完成 5 项 完成 6 项 其它 合计 得分 5分 5分 6分 4分 20 分 5分 10 分 10 分 5分 5分 5分 10 分 50 分 10 分 10 分 10 分 5分 5分 5分 5分 50 分

低频三相函数信号发生器(B 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一台低频三相函数信号发生器,电路组成框图如图所示。

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二、要求
1.基本要求 (1)制作完成一路正弦波信号输出,频率范围 20Hz~20kHz; (2)具有频率设置和频率步进功能,频率步进 10Hz; (3)输出信号频率稳定度优于 10-5,用示波器观察时无明显失真; (4)输出电压幅度:在 10kΩ 负载电阻上的电压峰-峰值 Vopp≥20V; (5)数字显示正弦波的电压有效值、频率等,电压有效值精度 5%,频率精度 0.1%。 2.发挥部分 (1)将正弦波输出信号扩展到三相输出,波形无明显失真,频率可调范围扩 展到 1Hz~30kHz,频率步进 1Hz; (2)在上述信号频率范围内,任两相间的相位差在 0°~359°范围内可任意 预置,相位差步进 1°; (3)在 1Hz~30kHz 频率范围内,增加矩形波输出信号,频率可任意预置,频 率步进 2Hz, 频率精度 0.05%; 矩形波信号的占空比可以预置, 占空比步进 当占空比为
1 2 时,误差≤± ; 4 360 1 , 360

(4)信号发生器能输出载波频率约为 10kHz 的调频信号输出,要求调制信号 频率在 100Hz~1kHz 频率范围内可变,用示波器观察载波信号无明显失真; (5)其它。

三、评分标准
项目 得分

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设计方案与论证 理论分析与软件说明 设计报告 主要电路说明、测试方法 数据、结果分析 合计 完成 1 项: 完成 2 项: 完成 3 项: 基本部分 完成 4 项 完成 5 项 合计 完成 1 项 完成 2 项 发挥部分 完成 3 项 完成 4 项 其它 合计

5分 5分 6分 4分 20 分 25 分 5分 5分 5分 10 分 50 分 15 分 10 分 10 分 10 分 5分 50 分

基于自动寻迹的智能公交车系统(C 题)
【本科组】 一、任务 设计并制作一套用电池供电的智能公交车系统, 包括一台能沿着 黑色引导线自主行驶的公交车和两个电子公交站, 公交车行驶线路如 下图所示。公交道路宽为 60cm,公交道路用光滑平整的白纸制作, 黑色小车引导线和状态标识线(可用电工胶带)宽度为 1.8±0.1cm, 站台停靠标识线长为 20cm。起点与终点之间公交车道总长约 25m, 公交站点 B、C、D 的位置在示意图位置附近任意放置。

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公交车站台 停靠标识线

D

C

小车引导线

约2M

约1M

约 3.0M

20CM

A
60CM

B

二、要求
1.基本要求 (1)电子公交站具有数据输入和显示功能,能在电子公交站上输入站台号 以及本站与起始站间的距离。 (2)公交车从起始站点 A 出发,沿着黑色引导线,经站点前下车提示、停 靠动作后,自动驶到终点站 C,行驶过程中不允许驶出公交车道,要求在 1 分钟 内完成全程行驶; (3)公交车行驶到离站点 100cm±10cm 处时(以公交站台标识线为基准) , 应提前发出下车提示声 5s; (4)公交车驶入站台停靠时,其车身中心标识线与站台停靠标识线间误差 应不超过 10cm,站台停靠时间为 5s; 2.发挥部分 (1)把 5s 下车提示声改为下车语音提示(如: “B 站到了,旅客请下车” , 播报的站名必须是 B 站或 C 站) ; (2)撤消 C 站(将站台移动到 D 点) ,要求公交车能在 2 分钟内从起始点 A 出发自动驶到 D 点(需要经过环行车道,不允许直接在十字路口右转弯) ,经过
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B 站点时仍应有下车语音提示及停靠动作 (公交车下车语音提示的距离及站台停 靠的位置要求仍同基本部分的相关要求) ; (3) 通过无线传输, 公交站台上能实时显示驶向本站公交车的当前车速 (单 位米/秒) 、到站时间(单位秒)及两者的距离(单位米) ,误差要求不超过 5%; (4)其它。

三、说明
1.站台可设置在公交线路上的任意位置; 2.公交车可用各类小车改装,其尺寸不限,但公交车必须标出中心标识线。

四、评分标准
项 目 设计与总结报告:方案比较、设计与论证,理论分析 与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器, 测试数据及测试结果分析。 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 总分 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 总分 满分 20 10 15 15 10 50 10 5 25 10 50

设计报告

基本要求

发挥部分

调频扫描接收机(D 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一台调频(FM)扫描接收机。接收机接收的信号频率在 25MHz 左右,调制方式为模拟调频信号(FM) ,调制音频为 300Hz~3000Hz,额定频偏 为 3kHz,最大频偏为 5kHz。原理框图如下: 本振源 接高频信号源 接收机传输部分 本振源控制

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二、要求
1、基本要求 (1)接收机有 10 个信道,信道间隔约为 32kHz。可设置在任一信道工作,也 可 10 个信道自动循环扫描工作; (2)扫描工作时,每个信道停留时间不小于 2s,不大于 5s。当接收到相应频 率的信号时,自动停止扫描,处于接收该信号状态。若不想收听此信号,用一手 动按钮,使接收机继续向下一个信道扫描; (3)无论单一信道或扫描工作时,能显示相应的信道标号以及对应的工作频 率; (4)在每个信道输入标准高频信号(幅度 1mV,频偏 3kHz)时,音频输出电 压峰-峰值不小于 5V(50?负载) ,波形无明显失真; (5)使接收机能锁定的输入信号不大于 100μ V。 2、发挥部分 (1)信道为 20 个,信道间隔为 100kHz 左右; (2)具有静噪控制功能(设置一旋钮,使接收机处于静噪或不静噪状态) ; (3)音频响应特性:在每个信道输入标准高频信号(幅度 1mV,频偏 3kHz) 时, 调制频率在 300Hz 至 3000Hz 范围内, 接收机音频输出电压峰-峰值平坦 (50? 负载) ,3000Hz 以上按每倍频程约 6dB 衰减(去加重特性) ; (4)使接收机锁定的输入信号不大于 10μ V; (5)其它。

三、说明
测量接收机的音频响应及去加重性能: 1.高频信号源的输出载波值调整到幅度 1mV 频偏 3kHz ,分别用 300Hz 、 1000Hz、3000Hz 音频调制,测出接收机对应的输出音频电压,观察其平坦度。 2.高频信号源的输出值调整到幅度 1mV 频偏 3kHz, 分别用 4kHz、 6kHz、 12kHz 音频调制,测出接收机对应的输出音频电压,观察其衰减情况,并画出曲线(对 数坐标) 。 3.在整个测量过程中,接收机始终需要接 50?负载。

四、评分标准
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项目 设计方案与论证 理论分析与软件说明 设计报告 主要电路说明、测试方法 数据、结果分析 合计 完成 1 项: 完成 2 项 基本部分 完成 4 项: 完成 5 项: 合计 完成 1 项 完成 2 项 发挥部分 完成 4 项 完成 5 项 合计 完成 3 项 完成 3 项

得分 5分 5分 6分 4分 20 分 15 分 10 分 10 分 5分 10 分 50 分 20 分 6分 10 分 10 分 4分 50 分

数字式电参数测试仪(E 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一台用单 5V 直流电源供电,能测量电阻、直流电压、直流电流、 频率等电参数的数字式测试仪。单 5V 直流电源自备。

二、要求
1、基本要求 (1)电阻测量范围:10Ω ~100KΩ ,相对误差<2%; (2)电流测量范围:100?A~10mA(电流源开路电压为 10V) ,相对误差<2%;
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(3)电压测量范围:100mV~10V,相对误差<2%; (4)频率测量范围:100Hz~10kHz,相对误差<0.1%,输入信号为 50mV 的正弦 交流信号; (5)显示刷新周期≤2s; (6)使用单 5V 直流电源供电。允许使用小于 5V 的单直流电源供电,要求线路 板上留出 5V 直流电源电压测试接口。 2、发挥部分 (1)电阻测量范围:10Ω ~1MΩ ,相对误差<0.3%; (2)电流测量范围:100?A~10mA(电流源开路电压为 10V) ,相对误差<0.2%; (3)电压测量范围:100mV~10V,相对误差<0.1%; (4)频率测量范围:10HZ~100kHZ,相对误差<0.01%,输入信号为 50mV 的正弦 交流信号; (5)整机工作电流≤10mA。要求线路板上留出负载电流测试接口; (6)其它。

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三、评分标准
项 目 设计与总结报告:方案比较、设计与论证,理论分析 设计报告 与计算,电路图及有关设计文件,测试方法与仪器, 测试数据及测试结果分析。 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 基本要求 完成第(4)项 完成第(5)项 完成第(6)项 合计 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 发挥部分 完成第(4)项 完成第(5)项 完成第(6)项 合计 8 8 8 8 8 10 50 8 8 8 11 10 5 50 20 满分

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第三届:
宽带前置放大电路(A 题)
【本科组】
一.任务
设计一个前置放大电路, 使其在较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特 性。电路包括输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等环节,采用单端输入单 端输出方式实现信号变换,电路方框如图 A-1 所示。

输入

输入阻 抗匹配 单元

无源衰减 网络

有源放大 电路

输出

单片机及 显示装置

图 A-1 二.要求
2.1 基本要求 (1)输入阻抗:直流输入阻抗 50Ω 和 1MΩ 可选,允许误差 2%。 (2)输入过载能力:50Ω 阻抗可承受 5V 输入过载,1MΩ 阻抗可承受 36V 输入过载,过载时间不低于 1 分钟。 (3)直流零点:输入短路时,电路输出直流电压偏离零点在 2mV 范围内。 (4)大信号 1 倍放大宽带特性:输入峰值为 1V 的正弦信号,电路的工作带 宽为 DC~10MHz,在 1MΩ 输入阻抗条件下测试,示波器监视无明显失真。 (5)大信号衰减 10 倍带宽特性:输入峰值为 5V 的正弦信号,电路的工作 带宽为 DC~10MHz, 在 1MΩ 输入阻抗条件下测试, 示波器监视无明显失真。 (6) 用单片机和显示装置显示输入信号频率。 2.2 发挥部分

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(1)10 倍放大带宽特性:输入峰值为 0.1V 的正弦信号,放大 10 倍,电路 的工作带宽为 DC~10MHz,示波器监视无明显失真。 (2)大信号 1 倍放大扩展宽带特性:输入峰值为 1V 的正弦信号,电路的工 作带宽为 DC~35MHz。 (3)输入峰值为 0.1V 正弦,设置衰减 10 倍,再放大 10 倍,电路工作带宽 为 DC~35MHz,输出信号的幅度过冲可控制在理论输出值的 10%内。 (4)在(2)的条件下,输出阻抗尽可能小。 (5)特色创新。

三、说明
1.该电路要求选用三个以上 TI 公司的器件(单片机和模拟器件) 。 2. 基本部分在放大电路负载开路的条件下测试。 发挥部分在放大电路带 1kΩ 电阻负载下测试。 3.有源放大电路采用正负 5V 电源,电源可由外部直接提供。 4.状态的选择可由手动开关实现,禁止输入输出端直通短接。 5.电路中设置有必要的测试点。

四.评分标准
内容 设计报告 基本部分 发挥部分 得分 20 分 50 分 50 分

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运水机器人(B 题)
【本科组】
一.任务
如图 B-1 所示,有 A、B、C 三个区,A 区为给水区,有给水装置(简称 A 容 器) ,B 区为输送线路,C 区为存水区,有存水装置(简称 C 容器) 。 在比赛开始时 A 容器装一定量的水,容器大小、水量及放置方式任意;B 区 有一条黑色引导线, 引导线两端有两条与引导线垂直的黑色边界线,线宽不大于 20mm; 其尺寸如图 B-2 所示。 C 容器的形状、 容量及放置方式在固定底板上自定, 口径不得大于 100mm,比赛开始把 C 容器清空。 设计一套自动送水机器人系统,由送水机器人(以下简称小车)将水从 A 区通过 B 区运至 C 区。该系统包括 A 区的自动(或手动)给水装置;往返于 A、 C 区之间的小车; C 区存水装置;固定底板。

图 B-1 参考图(单位:mm)

开始 端线

停止 端线

500

A
250
20

C

2000

图 B-2 线路图(单位:mm)

二.要求
2.1 基本要求 (1) 小车能完成运水和自动贮水功能。 (2)小车可显示运水量和运水时间。 (3)小车上的贮水器水溢出时有自动报警功能。 (4)在 1 分钟内运送尽可能多的水。 (5)小车及安放的运水容器总垂直高度不得超过 300mm,小车上的储水装 置容量小于等于 600ml,口径小于 100mm。 小车所载的水卸到 C 容器采用自动 贮水。 2.2 发挥部分 (1)A 区给水采用自动方式完成。 (2)小车在 1 分钟内完成 100ml 定量自动取水、送水和贮水,误差<5%。 (3)小车在尽可能短的时间内,完成 1000ml 自动取水,送水和贮水,误差 <5%。 (4) 小车在 1 分钟内运送 100ml 水时必须绕过 D 障碍物(放置在 B 区,距 黑色引导线 5cm 的任意一点,直径为 5cm,高度 10cm 的黑色园柱体) 。 (5)其它特色与创新。

三、说明
小车运行过程中不得人工参与,小车要自备电源,不得有任何外部引线。

四.评分标准
内容 设计报告 基本部分 得分 20 分 50 分

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发挥部分

50 分

简易电能质量监测装置(C 题)
【本科组】
一.任务
设计并制作一个能同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效 值、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等进行测量的数字式电能质量监测 装置 (图 C-1 虚线框内电路) 。 为便于本试题的设计与制作, 设定待测的 100~ 500V 交流输入电压、10~50A 交流输入电流均经由相应的变换器转换为对应 的 1~5V 交流电压。

图 C-1

二.要求
2.1 基本部分 (1)测量交流输入电压有效值。 频率:50Hz;测量范围:100~500V;准确度:±1%。 (2)测量交流输入电流有效值。 频率:50Hz;测量范围:10~50A;准确度:±1%。 (3)测量并显示有功功率 P、无功功率 Q、视在功率 S 及功率因数 PF。 (4)在测试 5 组交流电压、交流电流有效值过程中,能显示它们的最大值 和最小值。
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(5)自制直流电源。 2.2 发挥部分 (1)测量交流输入电压频率,精度为±0.5%。 (2)采用 LCD 显示,能够同时显示一个周期的输入电压、输入电流曲线。 (3)测量电压和电流的各次谐波含量 以 N 次电压谐波含有率为例, N 次谐波含有率为 N 次谐波电压的均方根值 与基波电压有效值之比,电流谐波含有率计算方法同电压谐波含有率。测量至 5 次谐波,采用列表和百分数形式显示,测量误差<1%。 (4)各次电流谐波含有率在列表显示方式中除了能够以百分比显示外,还 能够显示各次谐波的有效值。 (5)其他

三、说明
1.调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号;再 经移相输出代表同一路的电流信号,移相网络自制。 2.检查交流电压、交流电流有效值、电压和电流谐波时,可采用函数发生 器输出的对称方波信号。电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方 波作为标准信号。 3.本题目不得采用电能计量专用芯片实现。

四.评分标准
内容 设计报告 基本部分 发挥部分 得分 20 分 50 分 50 分

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24V 交流单相在线式不间断电源(D 题) 【本科组】
一.任务 设计并制作输出电压为 24VAC 在线式不间断电源, 结构框图如图 D-1 所示。
I2 220VAC

隔离 变压器

U1 I3

在线式 UPS

U2

阻性 负载

U3

蓄电池

图 D-1 二.要求: 2.1 基本要求 (1)在交流供电 U1=36VAC 和直流供电 U3=36VDC 两种情况下,保证输出电 压 U2=24VAC,且保证其频率为 50±1Hz,额定输出电流 1A; (2)切断交流电源后,在输出满载情况下工作时间不少于 30 秒钟; (3)交流供电时,电源达到以下要求: 1)电压调整率:满载条件下,U1 从 29VAC 增加至 43VAC,U2 变化不超 过 5%; 2)负载调整率:U1=36VAC、U2=24VAC,从空载到满载,U2 变化不超过 5%; (4)蓄电池供电时,满载条件下,效率? 不低于 65%(? ? (5)具有输出短路保护功能。 2.2 发挥部分 (1)交流供电时,将电压调整率提高至 2%,条件同基本部分。 (2)蓄电池供电时,在满载条件下,将效率? 提高至 80%。

U2 I2 ) ; U3 I3

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(3)满载条件下,输出为正弦波,失真度不大于 5%。 (4)具有给蓄电池充电功能,充电电流不小于 0.1A,充电电路对蓄电池不 能过充。 (5)具有欠压保护功能:当蓄电池的放电电压≤29V 时整机自动保护停止 工作。 (6)其他。 三、说明 1.不得采用 DC-DC、DC-AC 等电源模块,不得使用不间断电源产品改制。 2.注意作品制作工艺,留出测试端口。

四.评分标准
内容 设计报告 基本部分 发挥部分 得分 20 分 50 分 50 分

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医院病床输液监控系统(E 题)
【本科组】 一. 任务
设计并制作一套用于医院病床的输液监控系统, 它由护士站主机和病房输液 监控器两部分组成,输液装置和系统结构如图 E-1,图 E-2 所示。
滑轮 储液瓶 点滴移动支架 漏斗 h1

电机

滴速夹 h2 受液瓶

图 E-1. 病床电控输液装置

病房输液 监控器1

病房输液 监控器2

??

病房输液 监控器N

护士站主机

图 E-2. 住院病房输液监控系统

二.要求
2.1 基本要求 (1)病床输液监控器具有站号和点滴速度等参数的输入设定功能,在显示 器上能同时显示站号、设定点滴速度和当前实际点滴速度。 (2)在漏斗处检测点滴速度,并能动态显示点滴速度(滴/分) 。 (3)通过改变 h2 控制点滴速度,点滴速度设定范围为 50~120(滴/分) ,
26

控制误差范围为设定值±10%。 (4)调整时间≤3min(从改变设定值起到点滴速度基本稳定,能人工读出 数据为止) 。 (5)输液结束(滴速为零)或发生异常情况(输液瓶顶部距滑轮小于 5cm,漏 斗距受液瓶顶部小于 5cm)时,应在 3 秒内发出声光报警信号。 2.2 发挥部分 设计并制作一个由主站控制 128 个从站并采用有线通信的输液监控系统, 128 个从站中,只有一个从站是按基本要求制作的一套点滴速度监控装置,其他 从站为模拟从站(仅要求制作一个模拟从站,从站号可任意设定) 。 (1)主站能巡回显示各从站的编号、设定点滴速度和当前点滴速度。巡回时 间(3-10 秒)可由主站任意设定。 (2)收到从站发来的报警信号后,主站能声光报警并显示相应的从站号,并 可用手动方式解除报警状态。 (3)从站直流电源均由主站集中供给,主站和从站间的通信协议自定,但应 尽可能减少主站和从站间连接线数量,通信距离要求大于 30 米。 (4)任一从站的输液点滴速度均可由主站设定。 (5)其他创新功能。

三. 说明
1.控制电机类型不限,其安装位置及安装方式自定。 2.储液瓶可用医用 250mL 注射液玻璃瓶或输液袋(瓶中为无色透明液体) 。 3.受液瓶用 1.25L 的饮料瓶。 4.点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器。 5.赛区测试时,仅提供医用移动式点滴支架,其高度约 1.8m,也可自带支架。

四.评分标准
内容 设计报告 基本部分 发挥部分 得分 20 分 50 分 50 分

27

第四届:
微弱信号检测装置(A 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一套微弱信号检测装置,用以检测在强噪声背景下已知频率的微 弱正弦波信号的幅度值,并数字显示出该幅度值。为便于测评比较,统一规定显 示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来 代替。噪声源采用给定的标准噪声(wav文件)来产生,通过PC机的音频播放器 或MP3播放噪声文件,从音频输出端口获得噪声源,噪声幅度通过调节播放器的 音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。
图1 微弱信号检测装置示意图 VS A B 噪声源 VN 加法 器 VC C 纯电阻 分压网络 Vi D 微弱信号 检测电路 Vo E 显示 电路

正弦波信号源

二、要求
1. 基本要求 (1)噪声源输出 VN 的均方根电压值固定为 1V?0.1V;加法器的输出 VC =VS+VN,带宽大于 1MHz;纯电阻分压网络的衰减系数不低于 100。 (2)微弱信号检测电路的输入阻抗 Ri≥1 M?。 (3)当输入正弦波信号 VS 的频率为 1 kHz、幅度峰峰值在 200mV ~ 2V 范 围内时,检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过 5%。 2. 发挥部分 (1) 当输入正弦波信号 VS 的幅度峰峰值在 20mV ~ 2V 范围内时, 检测并 显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过 5%。 (2) 扩展被测信号 VS 的频率范围, 当信号的频率在 500Hz ~ 2kHz 范围内, 检测并显示正弦波信号的幅度值,要求误差不超过 5%。 (3)进一步提高检测精度,使检测误差不超过 2%。 (4)其它(例如,进一步降低 VS 的幅度等) 。

三、说明
1. 本题必须使用 TI 的 Launchpad(MSP430 小开发板)来完成。 2. 微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法
28

有:滤波,锁相放大,取样积分等(仅供参考) 。 3. 为便于各个模块的测试,所有测试端点(A~E)应做成跳线连接方式。 4. 检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号 VS 的幅度(即峰 值) 。 5. 赛区测评时,应固定使用某一装置(PC 机或 MP3)来产生噪声源,所 有作品均应采用该噪声源进行测试。

四、评分标准
项 方案论证 理论分析与计算 设计 报告 电路设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 完成第(2)项 发挥 部分 完成第(3)项 其它 总分 目 满分 5 4 6 3 2 20 50 13 12 15 10 50

29

频率补偿电路(B 题)
【本科组】 一、任务
设计并制作一个频率补偿电路,补偿“模拟某传感器特性的电路模块” (以 下简称“模拟模块”)的高频特性。电路结构如图 1 所示。

模拟某传感器特性 的电路模块
正弦波电压 信号发生器 Vs K
Rs

Cf 1 5.1MΩ Rf 1 Cf 2 ?

4.7pF 5.1MΩ Rf 2 4.7pF

10MΩ

A T
+

Vb TP1

频率补偿电路

Vo TP2

图 1 电路结构

二、要求
1. 基本要求 (1) 按图 1 所示组装“模拟模块”电路,其中正弦波电压信号发生器可使用 普通函数信号发生器。在开关 K 接 Vs 的条件下达到如下要求: ① Vs 为 200Hz、峰峰值为 10V 时, “模拟模块”输出 Vb 没有明显失真。 ② 以 200Hz 为基准,Vb 的?3dB 高频截止频率为 4.5 kHz ±0.5 kHz。 (2) 设计并制作频率补偿电路,使之达到如下要求: ① 频率为 200Hz 时的电压增益 A(200Hz)=|Vo/Vs|=1±0.05。 ② 以电压增益 A(200Hz)为基准, 将 A(f)=|Vo/Vs|的?3dB 高频截止频率扩展到 大于 50kHz。 ③ 以电压增益 A(200Hz)为基准,频率 0~35kHz 范围内的电压增益 A(f)的波 动在± 20%以内。 (3) 在达到基本要求(2)的第①、②项指标后,将开关 K 切换到接地端,输出 Vo 的噪声均方根电压 Vn≤30 mV。 2. 发挥部分 (1) 在达到基本要求(2)的第①项指标后,以电压增益 A(200Hz)为基准,将 A(f)的?3dB 高频截止频率扩展到 100kHz ±5kHz。 (2) 以电压增益 A(200Hz)为基准, 频率 0~70kHz 范围内的电压增益 A(f)的波
30

动在± 10%以内。 (3) 在达到基本要求(2)的第①项和发挥部分(1)的指标后,将开关 K 切换到 接地端,输出 Vo 的噪声均方根电压 Vn ≤10 mV。 (4) 其他。

三、说明
1. 根据频带要求,直流特性和外部元件参数,自选“模拟模块”中的运算 放大器 A,该运放必须为 TI 公司产品。 2. 要求“模拟模块”输出 Vb 的?3dB 高频截止频率为 4.5 kHz ±0.5 kHz。如 果所测高频截止频率≥6 kHz,则以后项目将不予评测。 3. 根据对高频响应特性的要求,频率补偿电路中插入适当的低通滤波电路 可以有效降低输出 Vo 的高频噪声。此外,还应注意输入电路的屏蔽。 4. 在图 1 所示开关 K 切换到接地端的条件下,在 T 端接入图 2(a)所示的电 路可简化系统频率特性的测试、调整过程。设定函数信号发生器输出 Vt 为频率 500Hz、峰峰值 5V 的三角波电压,则输出 Vb 的波形应近似为方波脉冲。如果频 率补偿电路的参数已调整适当,则输出 Vo 的方波脉冲会接近理想形状。若高频 截止频率为 fH=50kHz,则输出的方波脉冲上升时间应为 tr ≈ 7μs;若 fH=100kHz, 则 tr ≈ 3.5μs;tr 的定义如图 2(b)所示。应用 fH· tr ≈ 0.35 的原理,可将系统的频率响 应特性调整到所要求的指标。注意:Ci 到运放 A 反相输入端的引线应尽量短, 以避免引入额外干扰。
T

100%

90% 10% tr

三角波电压信号 (函数信号发生器)

Vt

Ci 47pF

0

(a) 图 2 辅助调试电路及波形定义

(b)

4. 要求在 Vb 端和 Vo 端预设测试点(TP1、TP2) ,以便于测试时连接示波器 探头。

四、评分标准

31

项 目 方案论证 比较与选择 方案描述

主要内容

满分 3

理论分析与计算

系统传递函数及零、极点分析 频率补偿各部分电路的分析 频率补偿各部分电路的设计 测试方法与仪器 测试结果及分析 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性

6

设计 报告

电路设计

6

测试方案与测试结果

3

设计报告结构及规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 发挥 部分 完成第(2)项 完成第(3)项 其他 总分

2 20 50 15 15 15 5 50

简易直流电子负载(C 题)
【本科组】 一、 任务
设计和制作一台恒流(CC)工作模式的简易直流电子负载。其原理示意图 如图 1 所示。

32

直流电子负载 功率 器件

+ 恒流电路 控 制 器 电压电流检测 ?

键 盘 与 显 示

被测 电源 设备

图1

直流电子负载原理示意图

二、 要求
1. 基本要求 (1) 恒流(CC)工作模式的电流设置范围为 100mA~1000mA ,设置分辨 率为 10mA,设置精度为±1%。还要求 CC 工作模式具有开路设置,相当于设置 的电流值为零。 (2) 在恒流(CC)工作模式下,当电子负载两端电压变化 10V 时,要求 输出电流变化的绝对值小于变化前电流值的 1%。 (3) 具有过压保护功能,过压阈值电压为 18V±0.2V。 2. 发挥部分 ( 1 )能实时测量并数字显示电子负载两端的电压,电压测量精度为± (0.02%+0.02%FS ) ,分辨力为 1mV。 ( 2 )能实时测量并数字显示流过电子负载的电流,电流测量精度为± (0.1%+0.1%FS) ,分辨力为 1mA。 ( 3 )具有直流稳压电源负载调整率自动测量功能,测量范围为 0.1% ~ 19.9%, 测量精度为±1%。 为方便, 本题要求被测直流稳压电源的输出电压在 10V 以内。 (4)其他。

三、说明:
1. 在恒流(CC)模式下,不管电子负载两端电压是否变化,流过电子负载 的电流为一个设定的恒定值, 该模式适合用于测试直流稳压电源的调整率,电池 放电特性等场合。 2. 直流稳压电源负载调整率是指电源输出电流从零至额定值变化时引起的
33

输出电压变化率。为方便,本题额定输出电流值设定为 1A。 3. 负载调整率的测量过程要求自动完成,即在输入有关参数后,能直接给 出电源的负载调整率。 4. 为了方便负载调整率的测量,可以在被测直流稳压电源的输出端串接一 个电阻 RW,更换不同阻值的 RW,可以改变被测电源的负载调整率。测试示意图如 图 2 所示。

+
直流 稳压 电源 RW

+
直流 电子 负载

_
被测电源

_

图2

负载调整率测试示意图

四、评分标准
项 系统方案 目 方案描述 电子负载及恒流电路的分析 理论分析与计算 电压、 电流的测量及精度分析 电源负载调整率的测试原理 设计 报告 测试方案与测试结果 电路与程序设计 电路设计 程序设计 测试方案及测试条件 测试结果完整性 测试结果分析 摘要 设计报告结构及规范性 总分
34

主要内容 比较与选择

分数 3

6

6

3

设计报告正文的结构 图表的规范性

2 20

基本 要求

实际制作完成情况 完成第(1)项

50 10 10 20 10 50

发挥 部分

完成第(2)项 完成第(3)项 其他 总分

声音定位系统(D 题)
【本科组】 一、任务
设计一套声音定位系统。 在一块不大于 1m2 的平板上贴一张 500mm× 350mm 的坐标纸, 在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块, 声音接收模块通过导线将声音信号传输到信 息处理模块, 声音定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号, 判定 声响模块所在的位置坐标。系统结构示意图如图 1 所示。

图 1 声音定位系统结构示意图

二、要求
35

1. 基本要求 (1) 设计制作一个声响模块,含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等,每按键一次 发声一次,声音信号的基波频率为 500Hz 左右,声音持续时间约为 1s。要求声响模块采用 3V 以下电池供电,功耗不大于 200mW。 (2) 设计制作四路声音接收模块,由麦克风、放大电路等组成,并分别与信息处理模块 相连接,以便将频率为 500Hz 左右的信号传送至信息处理模块。 (3) 设计制作一个信息处理模块, 要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声 响模块所在位置的 x、y 坐标,并以数字形式显示 x、y 坐标值,位置坐标值误差的绝对值不 大于 30mm。 2. 发挥部分 (1) 改善接收信号的放大电路性能,改进算法,进一步提高定位精度。 (2) 控制声响模块以不间断的连续周期波的形式发出声音信号,其基波频率为 500Hz 左右。当声响模块在坐标纸上移动时,声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的 x、y 坐标 值,随机停止声响模块的移动,能立即稳定地显示声响模块的 x、y 坐标值,误差的绝对值 不大于 10mm。 (3) 具有显示声响模块移动轨迹的功能。当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时,液 晶显示屏能动态显示声响模块移动的轨迹,显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。 (4) 其它。

三、说明
1. 注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试点。 2. 采用三个声音接收模块即可实现定位,第四个模块可对定位作进一步校正。 3. 不允许声响模块与其他电路有任何连接,并要求在声响模块上做出明显标记,以便 清晰判读模块所在坐标数值。 4. 声响模块移动轨迹的显示要求采用分辨率不低于 128×64 的液晶显示屏。 5. 注意声音通过其它传播介质带来的影响。

36

四、评分标准
项 目 系统方案 理论分析与计算 主要内容 声音定位系统总体方案设计 声响模块分析、计算 声音接收放大器分析、计算 数据处理原理分析、计算 声响模块电路设计 声音接收放大器电路设计 测量、数据处理电路设计 程序设计及其流程图 测试方法与仪器 测试数据完整性 测试结果分析 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性 满分 2 5

电路与程序设计 设计 报告 测试方案与测试结果

8

3

设计报告结构及规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 发挥 部分 完成第(2)项 完成第(3)项 其它 总分

2 20 50 12 16 12 10 50

激光枪自动射击装置(E 题)
【本科组】 一、任务
设计一个能够控制激光枪击发、自动报靶及自动瞄准等功能的电子系统。 该系统由激光枪及瞄准机构、胸环靶、弹着 点检测电路组成,其结构示意见图 1。

37

二、要求
1.基本要求 (1) 用激光笔改装激光枪,激光枪可受电路控制发射激光束,激光束照 射于胸环靶上弹着点的光斑直径<5mm;激光枪与胸环靶间距离为 3m。
图1 激光枪自动射击装置示意图

(2) 激光枪固定在一机构上,可通过键盘控制激光枪的弹着点(用键盘 设置激光束在靶纸上上下、左右移动一定距离)。 (3) 制作弹着点检测电路,通过摄像头识别激光枪投射在胸环靶上的弹 着点光斑,并显示弹着点的环数与方位信息。其中环数包括:10、9、8、7、6、 5、脱靶;方位信息是指弹着点与 10 环区域的相对位置,包括:中心、正上、 正下、正左、正右、左上、左下、右上、右下。详见图 2-b。 2.发挥部分 (1) 在图形点阵显示器上显示胸环靶的相应图形,并闪烁显示弹着点。 (2) 自动控制激光枪,在 15 秒内将激光束光斑从胸环靶上的指定位置迅 速瞄准并击中靶心(即 10 环区域)。 (3) 可根据任意设定的环数,控制激光枪瞄准击中胸环靶上相应位置。 (4) 其他

2-a 胸环靶尺寸

2-b 胸环靶 环数及方位信息示意 图 2 胸环靶示意图

三、说明
1. 激光枪可以由市场上的激光笔改造,由电路控制击发;每次击发使 光斑维持 3~5s 时间,但此期间不得移动光斑。

38

2. 3.

可采用步进电机、舵机或直流电机等机构对激光枪进行两维控制, 胸环靶是在不反光的白纸画有一组相距 5cm 的同心圆(线宽不超过

以实现瞄准。激光枪及相关机构可由支架支撑。 1mm),最内圆环直径 10cm,圆环内为 10 环区域,从最内环至最外环间分别 为 9、8、7、6、5 环区域,最外环外为脱靶。胸环靶上不允许设置摄像头以外 的传感器。 4. 5. 6. 7. 安装。 8. 测试时自带胸环靶纸,测试评审现场可提供粘贴胸环靶的支架。 当激光枪的弹着点落在胸环靶的环线上时,报靶时采取就高不就低 在不影响靶纸上圆环线的前提下,允许在靶纸上做标记。 在完成发挥部分要求时, 在正式击发前允许进行 1-2 次试射; 但试射 不限制摄像头及弹着点检测电路的安装位置,但应方便搬运与快速 的原则。例如,弹着点在 8 环与 9 环之间的环线上时,则认为是 9 环。

次数越少越好。

39

四、评分标准
项 系统方案 目 主要内容 分数 4 6 4 3 比较与选择 方案描述 激光枪自动控制原理分析、计算 理论分析与计算 弹着点检测原理分析、计算 电路设计 电路与程序设计 程序设计 测 试 方 案 与 测 试 结 测试方案及测试条件 测试结果及其完整性 果 测试结果分析 设 计 报 告 结 构 及 规 摘要 设计报告结构、版面 范性 图表的规范性 总分 基本 要求 实际制作完成情况 完成第(1)项 发挥 部分 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 总分

设 计 报 告

3 20 50 5 20 15 10 50

40


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