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2018年第十二届广西大学生电子设计竞赛第一阶段竞赛暨河池学院第十三届大学生电子设计竞赛题目

宽带直流放大器(A类)

一、任务

设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。

二、要求

1.基本要求

(1)电压增益AV≥40dB,输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0~40dB范围内手动连续调节。

(2)最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V,输出信号波形无明显失真。

(3)3dB通频带0~5MHz;在0~4MHz通频带内增益起伏≤1dB。

(4)放大器的输入电阻≥50W,负载电阻(50±2)W。

(5)设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。

2.发挥部分

(1)最大电压增益AV≥60dB,输入电压有效值Vi≤10 mV。

(2)在AV=60dB时,输出端噪声电压的峰-峰值VONPP≤0.3V。

(3)3dB通频带0~10MHz;在0~9MHz通频带内增益起伏≤1dB。

(4)最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V,输出信号波形无明显失真。

(5)进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

(6)电压增益AV可预置并显示,预置范围为0~60dB,步距为5dB(也可以连续调节);放大器的带宽可预置并显示(至少5MHz、 10MHz 两点)。

(7)降低放大器的制作成本,提高电源效率。

(8)其他(例如改善放大器性能的其它措施等)。

三、说明

1宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。

图1 幅频特性示意图

2负载电阻应预留测试用检测口和明显标志,如不符合(50±2)W的电阻值要求,则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。

3放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图2所示,可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。

图2 幅频特性测试框图

四、评分标准

设计

报告

主要内容

分数

系统方案

比较与选择

方案描述

2

理论分析与计算

带宽增益积

通频带内增益起伏控制

线性相位

抑制直流零点漂移

放大器稳定性

9

电路与程序设计

电路设计

8

测试方案与测试结果

测试方案及测试条件

测试结果完整性

测试结果分析

8

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

3

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

7

完成第(2)项

2

完成第(3)项

7

完成第(4)项

6

完成第(5)项

12

完成第(6)项

5

完成第(7)项

6

其他

5

总分

50

2

单相用电器分析监测装置(A类)

一、任务

设计并制作一个可根据电源线的电参数信息分析用

电器类别和工作状态的装置。该装置具有学习和分析监测两种工作模式。在学习模式下,测试并存储各单件电器在各种状态下用于识别电器及其工作状态的特征参量;在分析监测模式下,实时指示用电器的类别和工作状态。

B

A

A

A

用电器分析监测装置

220VAC

市电输入

图 1 分析监测装置示意图

二、要求

1、电器电流范围 0.005A – 10.0A,可包括但不限于以下电器:LED 灯、节能灯、USB 充电器(带负载)、无线路由器、机顶盒、电风扇、热水壶。

2、可识别的电器工作状态总数不低于 5,电流不大于 50mA 的工作状态数不低于 3,同时显示所有可识别电器的工作状态。自定可识别的电器种类,包括一件最小电流电器和一件电流大于 8A 的电器,并完成其学习过程。

3、实时指示用电器的工作状态并显示电源线上的电特征参数,响应时间不大于 2s。特征参量包括电流和其他参量,自定义其他特征参量的种类、性质,数量自定。电器的种类及其工作状态、参量种类可用序号表示。

4、随机增减用电器或改变使用状态,能实时指示用电器的类别和状态。

5、用电阻自制一件可识别的最小电流电器。

三、说明

图中 A 点和 B 点预留装置电流和用电器电流测量插入接口。测试基本要求的电器自带,并安全连接电源插头。具有多种工作状态的要带多件,以便所有工作状态同时出现。最小电流电器序号为 1;序号 1-5 电器电流不大于 50mA;最大电流电器序号为 7,可由赛区提供(例如 1800W 热水壶)。交作品之前完成学习过程,赛区测试时直接演示基本要求的功能。

四、评分意见

设计报告

项 目

主要内容

满分

系统方案

比较与选择,方案描述

2

理论分析与计算

检测电路设计

特征参量设计和实验,筛选

7

电路与程序设计

电路设计与程序设计

7

测试结果

测试数据完整性,测试结果分析

2

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

合计

20

完成第(1)项

20

完成第(2)项

25

完成第(3)项

25

完成第(4)项

20

完成第(5)项

10

总分

120

说明:设计报告正文中应包括系统总体框图、电路原理图、主要流程框图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附录给出。

数控直流稳压电源(B)

一、基本部分

1. 制作出恒压电源,实现恒压功能。(10分)

2. 电压数控可调,1V步进,电压范围从2V-12V。(10分)

3. 具有短路保护功能。(10分)

4. 空载和加负载输出相差不超过1V。(10分)

二、发挥部分

1. 电压数控可调,5%步进。(15分)

2. 具有选择特殊电压准确输出,5V,9V,12V,15V。(15分)

3. 单片机控制部分能显示输出电压,按键选择上面四个特殊电压的输出,短路蜂鸣器报警。(10分)

4. 布局紧凑,合理,控制板和电源板结合不干扰。(10分)

5. 空载和加负载输出相差不超过0.5V。(10分)

三、评分标准

项 目

满分

基本要求

完成基本要求(1)项

10

完成基本要求(2)项

10

完成基本要求(3)项

10

完成基本要求(4)项

10

发挥部分

完成第(1)项

15

完成第(2)项

15

完成第(3)项

10

完成第(4)项

10

完成第(5)项

10

合计

100

微电网模拟系统(A

一、任务

设计并制作由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统,其系统框图如图 1

所示,负载为三相对称 Y 连接电阻负载。

S

逆变器1

直流电源1

+

负载

-

+

逆变器2

直流电源2

-

交流母线

图 1 微电网模拟系统结构示意图

二、要求

1、闭合 S,仅用逆变器 1 向负载提供三相对称交流电。负载线电流有效值Io为 2A 时,线电压有效值Uo为 24V±0.2V,频率fo为 50Hz±0.2Hz。2、在基本要求(1)的工作条件下,交流母线电压总谐波畸变率(THD) 不大于 3%。

3、在基本要求(1)的工作条件下,逆变器 1 的效率ƞ不低于 87%。

4、逆变器 1 给负载供电,负载线电流有效值Io在 0~2A 间变化时,负载调整率SI1≤0.3%。

二、说明

(1) 本题涉及的微电网系统未考虑并网功能,负荷为电阻性负载,微电网中风力发电、太阳能发电、储能等由直流电源等效。

(2) 题目中提及的电流、电压值均为三相线电流、线电压有效值。

(3) 制作时须考虑测试方便,合理设置测试点,测试过程中不需重新接线。

(4) 为方便测试,可使用功率分析仪等测试逆变器的效率、THD 等。

(5) 本题定义:(1)负载调整率SI1=|𝑈o2−𝑈o1|,其中Uo1Io=0A 时的输出

Uo1

端线电压,Uo2Io=2A 时的输出端线电压;( 2 ) 负载调整率

SI2=|𝑈o2−𝑈o1|,其中Uo1Io=1A 时的输出端线电压,Uo2Io=3A 时

Uo1

的输出端线电压;(3)逆变器 1 的效率ƞ为逆变器 1 输出功率除以直流电源 1 的输出功率。

四、评分标准

项 目

主要内容

满分

设计报告

方案论证

比较与选择,方案描述

3

理论分析与计算

逆变器提高效率的方法,两台逆

变器同时运行模式控制策略

6

电路与程序设计

逆变器主电路与器件选择,控制

电路与控制程序

6

测试方案与测试结果

测试方案及测试条件,测试结果

及其完整性,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

标的规范性

2

合计

20

基本要求

完成第(1)项

25

完成第(2)项

25

完成第(3)项

25

完成第(4)项

25

合计

100

总 分

120

正弦信号发生器 (A类)

一、任务

设计制作一个正弦信号发生器。

二、要求

1、基本要求:

(1) 频率范围:10Hz~15MHz

(2) 频率分辨率:1 Hz

(3) 输出幅度:10mV~3V(峰峰值,在50Ω负载上)

(4) 输出阻抗:50Ω

(5) 输出幅度显示:3位有效数字

(6) 输出平坦度:±1% (<100KHz)

±10%(<5MHz)

±15%(>5MHz)

(7) 正弦波失真度:优于1%(<100KHz)

(8) 显示输出频率和输出幅度(数码管或LCD)

2、发挥部分:

2.1增加调幅功能

(1) 调制频率:1KHz正弦波

(2) 调制度:0~100%可调

(3) 调制失真:<5%(全频段)

2.2增加调频功能

(1) 调制频率:1KHz正弦波

(2) 调频频偏:0~1MHz可调

(3) 调制失真:<10%(全频段)

三、评分标准

项 目

满分

基本要求

完成基本要求(1)项

10

完成基本要求(2)项

10

完成基本要求(3)项

15

完成基本要求(4)项

5

完成基本要求(5)项

10

完成基本要求(6)项

15

完成基本要求(7)项

10

完成基本要求(8)项

5

发挥部分

完成第(1)项

10

完成第(2)项

10

远程宿舍监控系统(A类)

一、任务

设计一个环境监测、安全报警系统,系统应用于学生宿舍,能自动监视宿舍内的安全情况和环境监测功能,能实现手机APP异地远程监控,有异常情况发生时能立即发出报警和求助信息。

二、要求

基本要求

(1)实现人体检测与声光报警功能。

(2)实现宿舍环境参数(温度、湿度、二氧化碳浓度)监测。

(3)实现烟雾检测与声光报警功能。

(4)实现门禁控制,能够使用键盘输入密码完成报警系统的解警等设置任务。

(5)实现手机APP异地监控。

(5)能反映宿舍内人员的进出情况及人数的记录。

(6)宿舍无人时提示锁门。

2. 发挥部分

(1)人体检测范围5米左右。

(2)能记录最近几天的宿舍安防情况。

(3)实现手机APP异地网络控制,可在监控点监控多个宿舍。

四、评分标准

设计

报告

主要内容

分数

系统方案

比较与选择

方案描述

2

理论分析与计算

9

电路与程序设计

电路设计

8

测试方案与测试结果

测试方案及测试条件

测试结果完整性

测试结果分析

8

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

3

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

10

完成第(2)项

20

完成第(3)项

20

总分

50

数字时钟(B)

一、任务

设计并制作一简易电子时钟,能实时显示时间日期等。

二、要求

基本部分

1、能实时显示时间、日期。(15分)

2、能调节修改时间和日期。(10分)

3、附有环境温度显示。(15分)

发挥部分

1、掉电重启后时间仍能与正常时间同步。(15分)

2、可以自己设定时钟提示,到点时能有声光提示。(15分)

3、能根据环境亮度自我调节背光亮度。(15分)

4、整体显示画面美观。(10分)

5、其他(5分)

三、评分标准

项 目

满分

基本要求

完成基本要求(1)项

15

完成基本要求(2)项

10

完成基本要求(3)项

15

发挥部分

完成第(1)项

15

完成第(2)项

15

完成第(3)项

15

完成第(4)项

10

完成第(5)项

5

四旋翼自主飞行器探测跟踪系统A类)

一、任务

设计并制作四旋翼自主飞行器探测跟踪系统,包括设计制作一架四旋翼自主飞行器,飞行器上安装一向下的激光笔;制作一辆可遥控小车作为信标。飞行器飞行和小车运行区域俯视图和立体图分别如图 1 和图 2 所示。

500

600

位置 8

A 区

75

20

100

9

8

7

150

6

5

4

150

3

2

20

1

100

150

150

100

图 1 飞行区域俯视图(图中单位:cm)

300

600

500

图 2 飞行区域立体图(图中单位:cm)

二、要求

(1) 四旋翼自主飞行器(以下简称飞行器)摆放在图 1 所示的 A 区,一键式启动飞行器,起飞并在不低于 1m 高度悬停, 5s 后在 A 区降落并停机。悬停期间激光笔应照射到 A 区内。

(2) 手持飞行器靠近小车,当两者距离在 0.5~1.5m 范围内时,飞行器和小车发出明显声光指示。

(3) 小车摆放在位置 8。飞行器摆放在 A 区,一键式启动飞行器,飞至小车上方且悬停 5s 后择地降落并停机;悬停期间激光笔应照射到位置 8 区内且至少照射到小车一次,飞行时间不大于 30s。

三、评分标准

项目

主要内容

满分

设计报告

系统方案

方案描述,方案比较

3

设计与论证

控制方法描述与参数计算

5

电路与程序设

系统组成,原理框图与各部分电路图,

系统软件与流程图

6

测试方案与测试结果

测试方案及测试条件测试结果完整性

测试结果分析

3

设计报告结构及规范性

摘要

正文结构完整性

图标的规范性

3

合计

20

基本要求

完成(1)

40

完成(2)

20

完成(3)

40

合计

100

总分

120

四、说明:

1. 参赛队所用飞行器应遵守中国民用航空局的管理规定(《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》,编号:AP-45-AA-2017-03)。

2. 飞行器桨叶旋转速度高,有危险!请务必注意自己及他人的人身安全。

3. 除小车、飞行器的飞行控制板、单一摄像功能模块外,其他功能的实现必须使用组委会统一下发的2017全国大学生电子设计竞赛RX23T开发套件中RX23T MCU(芯片型号R5F523T5ADFM,板上有“NUEDC” 标识)。RX23T MCU 板应安装于明显位置,可插拔,“NUEDC”标识易观察,以便检查。

4. 四旋翼飞行器可自制或外购,带防撞圈,外形尺寸(含防撞圈)限定为: 长度≤50cm,宽度≤50cm。飞行器机身必须标注赛区代码。

5. 遥控小车可自制或外购,外形尺寸限定为:长度≤20cm,宽度≤15cm。小车车身必须标注赛区代码。

6. 飞行区域地面为白色;A 区由直径 20cm 黑色实心圆和直径 75cm 的同心圆组成。位置 1~9 由直径 20cm 的圆形及数字 1~9 组成。位置 8 区是

指位置 8 的直径 75cm 同心圆。圆及数字线宽小于 0.1cm。飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。

7. 飞行过程中飞行器不得接触小车。

8. 测试全程只允许更换电池一次。

9. 飞行器不得遥控,飞行过程中不得人为干预。小车由一名参赛队员使用一个遥控器控制。小车与飞行器不得有任何有线连接。小车遥控器可用成品。

10. 飞行器飞行期间,触及地面或保护网后自行恢复飞行的,酌情扣分;触地触网后 5s 内不能自行恢复飞行视为失败,失败前完成的部分仍计分。

11. 一键式启动是指飞行器摆放在 A 区后,只允许按一个键启动。如有飞行模式设置应在飞行器摆放在 A 区前完成。

12. 基本要求(3)和发挥部分(1)、(2)中择地降落是指飞行器稳定降落于场地任意地点,避免与小车碰撞。

13. 基本要求(3)和发挥部分(1)、(2)飞行时间超时扣分。

14. 发挥部分(1)、(2)中飞行器跟随小车是指飞行器飞行路径应与小车运行路径一致,出现偏离酌情扣分。飞行器飞行路径以激光笔照射地面位置为准,照射到小车车身或小车运行路径视为跟随。

15. 发挥部分(2)中指定位置由参赛队员在测试现场抽签决定。

16. 为保证安全,可沿飞行区域四周架设安全网(长 600cm,宽 500cm,高

300cm),顶部无需架设。若安全网采用排球网、羽毛球网时可由顶向下悬挂不必触地,不得影响视线。安装示意图如图 3 所示。

图 3 飞行区域安全网示意图