2012年农电系电子设计竞赛题目及要求

2012年农电系电子设计竞赛题目及要求(题目一～四为10级和11级学生可选题)题目一简易数控直流电源一、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：二、设计要求1．基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。2．发挥部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。三、评分意见项目得分基本要求方案设计与论证、理论计算与分析、电路图30实际完成情况50总结报告20发挥部分完成第一项15完成第二项15完成第三项10题目二直流电子负载一、任务电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计和制作一台电子负载，有恒流和恒压两种模式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。二、要求1．基本要求（1）负载工作模式：恒压(CV)、恒流(CC)两种模式可选择。（2）电压设置及读出范围：1.00V～20.0V。（3）电流设置及读出范围：100mA～3.00A。（4）显示分辨力及误差：至少具有三位数，相对误差小于5%。2．发挥部分（1）增加恒阻（CR）模式。（2）扩大负载参数的设置及读出范围。（3）具备自动过载保护设计。（4）其它。三、说明（1）负载参数可调节设置，人工预置或数字程控皆可。（2）负载参数可数字化显示，两种负载参数(CV、CC)同时显示。（3）实现原理可参考下图。四、评分标准设计报告项目主要内容满分总体方案论证总体方案描述和方案选择5理论分析与计算恒压恒流原理比较和检测电路设计功率控制方法10电路与程序设计总体电路图工作流程图6测试方案与测试结果调试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性4小计30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项20电压显示电流显示电压设置电压比较功率控制电流设置电流比较电压检测电流检测负载输出负载输入完成第（2）项10完成第（3）项10其他10小计50总分130题目三低频功率放大器一、任务设计并制作一个低频功率放大器，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。二、要求1．基本要求（1）当输入正弦信号电压有效值为5mV时，在8Ω电阻负载（一端接地）上，输出功率≥5W，输出波形无明显失真。（2）通频带为20Hz～20kHz。（3）输入电阻为600Ω。（4）输出噪声电压有效值V0N≤5mV。（5）尽可能提高功率放大器的整机效率。（6）具有测量并显示低频功率放大器输出功率(正弦信号输入时)、直流电源的供给功率和整机效率的功能，测量精度优于5%。2.发挥部分（1）低频功率放大器通频带扩展为10Hz～50kHz。（2）在通频带内低频功率放大器失真度小于1%。（3）在满足输出功率≥5W、通频带为20Hz～20kHz的前提下,尽可能降低输入信号幅度。（4）设计一个带阻滤波器，阻带频率范围为40～60Hz。在50Hz频率点输出功率衰减≥6dB。（5）其他。三、说明1．不得使用MOS集成功率模块。2．本题输出噪声电压定义为输入端接地时，在负载电阻上测得的输出电压，测量时使用带宽为2MHz的毫伏表。3．本题功率放大电路的整机效率定义为：功率放大器的输出功率与整机的直流电源供给功率之比。电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。4．发挥部分（4）制作的带阻滤波器通过开关接入。5．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。四、评分标准题目四多功能函数发生器一、任务设计制作一个多功能波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、PWM波、三设计报告项目主要内容满分系统方案总体方案设计4理论分析与设计电压放大电路设计输出级电路设计带阻滤波器设计显示电路设计8电路与程序设计总体电路图；工作流程图3测试方案与测试结果调试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析3设计报告结构及规范性摘要；设计报告正文的结构图表的规范性2总分20基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项15完成第（4）项10其他5总分50角波和由用户编辑的特定形状波形。二、要求1．基本要求（1）具有产生正弦波、三路PWM波、三角波三种周期性波形的功能。（2）输出波形的频率范围为100Hz～50kHz；频率步进间隔≤100Hz。（3）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V调整。（4）输出PWM波形占空比2%-98%可调。2．发挥部分（1）频率测量，幅值测量并显示。（2）输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。（3）可产生任意波形。（4）增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电阻变化范围：100Ω～∞）。三、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告50实际制作完成情况50发挥部分完成第一项12完成第二项12完成第三项8完成第四项8完成第五项10题目五灭火机器人一、任务设计制作一个消防智能小车模型，能到指定区域进行抢险灭火工作。以蜡烛模拟火源，随机分布在场地中，场地如下图所示。二、要求1、基本要求（1）智能小车从安全区域启动，自动寻找火源灭火。（2）除安全区外，场地随机出现3个火源，要求智能小车能够发现一个并扑灭。（3）抢险完毕后机器人能够返回至安全区域。（4）救火总时间不超过90秒。2、发挥部分（1）可以追踪移动火源进行扑灭。（2）能够扑灭三个火源，总时间可适当增加。（3）自够有声音报警。（4）能够自动计算和显示路程和扑灭的火源数。（5）特色与创新。三、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告：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。50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10特色与创新5四、说明l、小车尺寸小于30cm×30cm，所用电源电压小于等于24V。2、控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。3、灭火方式不限，但不允许碰倒蜡烛。4、小车不能开出场地。5、允许重启动一次。6、蜡烛高度：20厘米。蜡烛置于方框线的中间位置。7、障碍物尺寸15cm×15cm×15cm。题目六温度遥测遥控一、任务在遥控点的上位机借助无线通信模块获得远方测量点的温度信息并控制温度变化。整个系统如下图所示。二、要求1.基本要求（1）对水容器中的水或冰块温度进行测量，测温范围0～80℃，误差1℃，遥控点和测量点均可实时显示水容器中水的温度值；（2）控制水容器中电加热器件，使水温在5分钟内从室温升到45℃，并在随后5分钟内，将水温稳定在45℃，误差±2℃上；（3）上位机实时显示水容器中水温度值随时间变化曲线，刷新频率小于等于20秒；（4）遥测遥控距离10米；（5）对加热单元设置总控开关，上位机可直接控制总控开关的通断，用上位机通信模块通信模块微处理器系统加热单元25w/220V灯泡显示开关通断状态。2.发挥部分（1）可通过上位机设置上限、下限温度和上限、下限液位，当超出上下温度和上下液位范围时，在测量点用灯光报警，在遥控点用特殊显示和声音报警；（2）可对水温按照如下图所示预定规律进行控制，其中坐标值（t1，T1）、（t2，T2）、（t3，T3）、（t4，T4）通过上位机输入进行设置，时间单位为秒，温度单位为℃。总时间t4不超过15分钟；最高温度T4不超过80℃。第一段第二段第三段第四段t1t2t3t4室温T1T2T3T4温度/℃时间/s0设定温度变化示意图（3）用同一套装置和传输通道遥测遥控两个容器中的水；（4）其他特色与创新。三、评分标准项目得分基本要求设计与总结报告50实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项20完成第（3）项10完成第（4）项5题目七无线环境监测模拟装置一、任务设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。二、要求1．基本要求（1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。（3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。2．发挥部分（1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。探测节点A探测节点B监测终端D图1探测节点分布示意图（2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。（3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。（4）其他。三、说明1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化，采用遮挡光电传感器的方法实现。2．发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。3．测试各探测节点的功耗采用图2所示的节点分布图，保持距离D+D1=50cm，通过测量探测节点A干电池供电电流来估计功耗。电流测试电路见图3。图中电容C为滤波电容，电流表采用3位半数字万用表直流电流档，读正常工作时的最大显示值。如果D+D1达不到50cm，此项目不进行测试。探测节点A探测节点B监测终端DD1图2节点转发功能示意图图3节点电流测试电路4．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序用附件给出。四、评分标准题目八LED点阵书写显示屏一、任务设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1所示。在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态（如图1中光笔接触处的深色LED设计报告项目主要内容满分系统方案无线环境监测模拟装置总体方案设计4理论分析与计算发射电路分析接收电路分析通信协议分析6电路与程序设计发射电路设计计算接收电路设计计算总体电路图工作流程图9测试方案与测试结果调试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析6设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构图表的规范性5总分30基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项20完成第（2）项15完成第（3