陕西理工学院2015年电子设计竞赛题目

1、陕西理工学院2015年电子设计竞赛题目a题：四旋翼飞行器1 .任务设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器。2 .要求四旋翼飞行器能够完成以下飞行动作：(1)飞行器能够根据起飞前预置的指令起飞，飞离地面高度应超过30cm,飞行距离(水平)应超过60cm,然后飞行器应能平稳降落。(30分)(2)飞行器能够根据指定(键盘设定)的飞行高度及降落地点(方向及距离)连续稳定地完成起飞、指定高度水平飞行、平稳降落等动作。(20分)(3)飞行器能够根据起飞前预置的指令垂直起飞，起飞后能够在50cm以上高度平稳悬停5s以上，然后再平稳缓慢降落到起飞地点；起飞与降落地点水平距离 不超过30cm。(30分)(4)其

2、他自主发挥设计的飞行动作。(20分)(5)设计报告(20分)项目主要内容分数系统方案方案比较，方案描述5设计与论证飞行器姿态测量方法飞行控制器控制方法与参数计算8测试测试方法与测试结果5设计报告结构及规范性摘要，正文结构完整性、内容规范性2小计203 .说明(1) 飞行器的姿态检测及飞行控制必须使用通用单片机控制器，如 c51、stm32 或 msp430 等。(2) 飞行器在完成每一项飞行动作期间不得以任何方式进行人为干预，如遥控等。(3) 飞行器的尺寸可自行选定。(4) 飞行方向以正北方向为0、东北方向为45、正东方向为90等，以此类 推；距离的单位为厘米(cm)。(5) 指定的降落地点是

3、指降落地点距起飞地的水平距离及方向。(6) 平稳降落是指在降落过程中无明显的跌落、弹跳及着地后滑行等情况出现。(7) 能够完成要求(2)时，要求(1)可以免测。(8) 为确保安全，飞行器应在安全网中或在系留方式下工作(即以绳索将飞行器 拴在地面固定物上)。b题：金属物体探测定位器4 .任务设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用ti公司ldc1000电感/数字转换 器评估板（ay-ldc1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位 指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径2 （mm）的铁丝围

4、成约50cnrix50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。无色透明普通玻璃板或有机玻璃板50cmi x50cm金属物体玻璃板下铁丝方框f玻璃板下图1金属物体探测环境示意图5 .要求（6）在探测区域内某处（距探测边界5cm）玻璃下放置一枚直径约19mm的镀锲 钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从 探头进入区”一侧任意 指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应 指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）（7）将1角硬币更换成直径约25mm的镀锲钢芯1

5、元硬币（第五套人民币1元硬币）， 重复要求（1）的探测过程。定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误 差应控制在5mm以内；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）（8）将硬币改为自制圆铁环（用 2铁丝绕制），铁环外直径4cm。重复要求（1） 的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不 超过3分钟。（30分）（9）其他自主发挥功能。（10分）（10）设计报告。（20分）项目主要内容分数系统方案系统结构、方案比较与选择4理论分析与计算

6、探测器组成方案与工作原理分析、检测与控制算法6电路与程序设计电路设计，程序结构与设计5测试方案与测试结果测试结果及分析3设计报告结构及规范性摘要，设计报告正文的结构，公式、图表的 规范性2总分2016.说明(1)(2)(3)金属物体探测定位装置探头采用 ay-ldc1000板(由ti公司提供),可直接 用ay-ldc1000板上的覆铜线圈，也可自制线圈；不得安装其他传感与摄像 装置。探测开始后，不得手动或遥控探测器。玻璃板可采用普通无色玻璃(玻璃边沿需贴上胶带以防划伤)，也可用无色透 明有机玻璃板；玻璃板长宽尺寸应大于 50cm、厚度约3mm。探头从探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方

7、向，以及探测区域 内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。13c题：锁定放大器的设计1.任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器(lia)。锁定放大器基本组成框图见 图1。信号通道信号 交流1放大器s(t)带通滤波器x(t)相敏f检波器低通滤波器直流放大器输出参考通道r(t)参考0-r(t)触发整形移相器*方波 驱动0c83图1锁定放大器基本组成结构43东部西部口北部2.要求(d外接信号源提供频率为1khz的正弦r(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号s(t)端，s(t)端幅度有效值为10“v1mv (5 分)参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号r(t)

8、可连续或步进移相 180度，步进间距小于10度。(20分)信号通道的3db频带范围为900h入1100h4 误差小于20% (10分)(4)在锁定放大器输出端，设计一个能测量并显示被测信号s(t)幅度有效值的电路。所测量的显示值与s有效值的误差小于10% (15分)(5)在锁定放大器信号s(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现s与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。(5分)n(t)图2锁定放大器叠加噪声电路图s(t)(6)用另一信号源产生一个频率为10502100hz的正弦波信号作为n(t),将其叠加在 锁定放大器的输入端，信号幅度等于s(t)0 n(t)亦可由与获得s同样结构的

9、电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对s(t)信号有效值测量的影响，测 量误差小于10% (20分)(7)增加n(t)幅度，使之等于10s(t),锁定放大器对s(t)信号有效值的测量误差小于 10% (20 分)(8)其他自主发挥。(5分)(9)设计报告。(20分)3.说明项目主要内容满分系统方案总体方案设计4理论分析与计算锁定放大器各部分指标分析与计算6电路与程序设计总体电路图，程序设计4测试方案与测试结果测试数据完整性，测试结果分析4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(1)各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。(2)要求(1)和(6)

10、中的电阻分压网络的分压比例自行定义。由于 “v级信号常规 仪器难以测量，可通过适合加大输入信号幅度的方法，测量并标定其分压比。(3)关于锁定放大器的原理可参考微弱信号检测。高晋占编著，清华大学出版社 2004 年。d题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器1.任务基于ti的功率放大器芯片tpa3112d1,设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的 音频放大器，完成对台式麦克风音频信号的放大，通过功率放大电路送喇叭输出。电路 示意图如图1所示。接信号源拾 音 电 路k1频功率放大器b , i 啸叫抑制ii+ 啸叫检测功 率 放 大 电 路vorl8j图1电路示意图2.要求（1）设计并制作图1中所示的“拾

11、音电路”和“功率放大电路”，构成一个基本的 音频功率放大器。要求：（25分）a）在输入音频信号有效值为20mv时，功率放大器的最大不失真功率（仅考虑 限幅失真）为5w,误差小于10%;b）在输入音频信号有效值为20mv时，程控设置功率放大器的输出功率，功率 范围为50mw5w;c）功率放大器的频率响应范围为 200hz 10khz。（2）系统采用12v直流单电源供电，所需其他电源应自行制作。（10分）（3）在功率放大器输出功率为5w时，电路整体效率80%。（10分）（4）将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置，见图2 （a）,使用电脑播放音乐作 为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号，

12、经功率放大电路送喇叭输出， 输出的音频信号清晰。（5分）（5）设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器要求:（15 分）a）在不进行啸叫抑制时（图1的选择开关k1连接a端，k2连接c端），将麦 克风与喇叭相隔1m面对面放置，见图2 （b）,从小到大调整功率放大器的输 出功率，直到产生啸叫时停止；b）啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频 率和相应的功率放大器输出功率；c）启动啸叫抑制电路（图1的选择开关k1连接b端，k2连接d端），音频功 率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。（6）进一步改进啸叫抑制电路。在保障无啸叫的前提下，尽量

13、提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到 5w功率，啸叫抑制电路仍能正常工作，进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。（30分）（7）其他。（5分）（8）设计报告（20分）项目主要内容满分方某论证比较与选择，方某描述3理论分析与计算系统相关参数设计5电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系 统软件与流程图5测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性2总分203.说明(1) 作品使用的麦克风应为台式全向麦克风，其灵敏度要大于 -45dbv/p,插头 直径为3.5mm,输出阻抗为1kc 2.2kq0关于麦克风灵

14、敏度的定义是馈给 1pa（94db） 的声压时，麦克风输出端的电压（dbv）。有些麦克风给出的灵敏度单位为 db/bar,注 意之间的转换。(2) 作品使用的喇叭应为组合纸盆方式的电动式喇叭，额定功率为 5w,额定阻抗为811(3) 麦克风和喇叭可以直接购买，在设计报告中必须附有所购买的麦克风和喇叭 的产品说明书或性能参数。(4) 作品要求拾音电路的输入接口，以及功率放大电路连接到喇叭的接口必须外 露，可方便进行连接，以便测试时使用。(5) 作品评测由赛区统一准备测试平台，并统一使用由测试专家准备的台式麦克 风和喇叭进行测试。(6) 作品要求(1)、(2)和(3)的指标测试，使用音频信号源外加

15、正弦信号和外加8建纯电阻负载的方式进行测试。要求 tpa3112d1的功率放大电路带有lc滤波, 输出的正弦信号无明显失真。(7) 作品要求(4)、(5)和(6)的指标测试，使用电脑usb喇叭(功率不超过1w)播放音乐作为信号源，放置在距麦克风示。20cm的位置。具体测试的框图如图 2所电脑喇叭。卜20cm100cm功放喇叭(a)作品基本部分(4)的测试电脑喇叭20cmq80cm功放喇叭(b)作品发挥部分的测试图2:啸叫抑制性能测试框图e题：* 型a/d转换电路1 .任务设计并制作1阶a调制器，并在此基础上设计并制作a型a/d转换电路，电路 结构如图1所示。图1 型a/d转换电路框图2 .要求

16、（1）设计并制作1阶a调制器，具体电路框图如图2所示。图中uref为2v。要 求ha调制器输出的1位数据流为ttl电平，时钟频率fclk自定。（12分）（2）利用（1）中制作的1阶旦a调制器，设计并制作型a/d转换电路。要求a/d转换电路可设置工作于下列两种模式：（32分）模式1,采样频率为100hz,采样位数为12位；模式2,采样频率为1600hz,采样位数为8位。（3）设计并制作a型a/d转换电路的采样数据显示装置。要求可以显示 a/d转 换电路连续采样数据波形，显示的波形数据点数不少于200点。同时，在波形上显示一个光标，移动光标时能显示相应波形点的采样数据。（6分）（4）改进二a型a/

17、d转换电路的显示装置，要求能计算a/d转换电路输出的采样 数据的方差仃2 ,并实时显示。方差的计算使用连续1秒的采样数据直接计算。（10 分）（5）改进型a/d转换电路的设计，尽量减小a/d转换电路的本底噪声和量化 噪声，提高a型a/d转换电路的采样精度。实现a型a/d转换电路能工 作于下列模式：（20分）模式3,采样频率为100hz,采样位数为16位，有效位数不少于13位。1 位 daco_f ref图2 1阶a调制器的结构框图(6)进一步提高二a型a/d转换电路的采样速度。实现型a/d转换电路能工 作于下列模式：(15分)模式4,采样频率为1600hz,采样位数为16位，有效位数不少于13

18、位,(7)其他自主发挥。(5分)(8)设计报告(20分)项目主要内容满分方某论证比较与选择，方策描述3理论分析与计算系统相关参数设计5电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统 软件与流程图5测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性2总分203.说明(1)要求(1)中，要求减法器、积分电路、比较器和1位dac分别用独立电路实 现，并在a、b、c、d信号处应留有测试口，以便对信号波形进行观察。图 3给出了各点 的信号参考波形示意。图3 1阶工创制器中各点信号的波形示意（2）要求（3）设计并制作采样数据显示装置，可以使用

19、自制的液晶显示；也可 以借助外部显示设备，如示波器。但必须能显示 ha型a/d转换电路输出的连续采样数 据，并能显示采样信号的波形。（3）采样数据的方差。2计算：将a型a/d转换电路输出的一组采样数据， 记为n一、一 2xn n =1,2,hi, n ,计算其均值m=（工n/n）/n ,则方差仃为：仃2 = )(xn -m 2/ n。f题：无线电能传输装置1、 任务设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，具结构框图如图1所示图1电能无线传输装置结构框图2、 要求（1）保持发射线圈与接收线圈间距离x =10cm、输入直流电压ui=15v时，接收端输 出直流电流i2=0.5a,输出直流电压u2

20、8 v,尽可能提高该无线电能传输装置 的效率中（45分）（2）输入直流电压ui=15v,输入直流电流不大于1a,接收端负载为2只串联led 灯（白色、1w）。在保持led灯不灭的条件下，尽可能延长发射线圈与接收线 圈间距离x。（45分）（3）其他自主发挥（10分）(4)设计报告(20分)项目主要内容分数系统方案系统结构、方案比较与选择4理论分析与计算无线传输系统工作原理分析及计算6电路设计相关电路设计5测试测试结果及分析3设计报告结构及规范性摘要，正文结构，公式与图表的规范性2总分203、 说明(1)发射与接收线圈为空心线圈，线圈外径均 20 2cm；发射与接收线圈间介质为 空气。(2) i2

21、应为连续电流。(3)测试时，除15v直流电源外，不得使用其他电源。(4)在要求(1)效率测试时，负载采用可变电阻器；效率 刈=也父100%。uili(5)制作时须考虑测试需要，合理设置测试点，以方便测量相关电压、电流。g题：简易旋转倒立摆及控制装置1、 任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1-1所示。电动机a固定在支架b上，通过转轴f驱动旋转臂c旋转。摆杆e通过转轴d固定在 旋转臂c的一端，当旋转臂c在电动机a驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆 e在垂 直于旋转臂c的平面作自由旋转。图1旋转倒立摆结构示意图2、 要求基本要求：(1)摆杆从处于自然下垂状态(摆角0 )开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使 摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过-60。 +60。；(15分)(2)从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；(15 分)(3)在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近165位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s；期间旋转臂的转动角度不 大于90。(20分)发挥部分：(1)从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起 倒立，保持倒立状态时间不少于 10s； (20分)(2)在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或 2s