2016年白城师范学院电子设计竞赛试题

1、1 2016 年白城师范学院第八届电子设计竞赛试题 程控直流电源(A 题) 一、任务 设计并制作 DC-DC 式直流电源， 输入电压为 20V30V。输出方式为电压源或电流源 可设置。利用键盘可设置输出电压或电流。程控直流电源框图如下所示： 一、要求 1. 基本要求 输出为电压源时： (1) 输入直流电压为 20V30V 时，输出电压可设置为 612V,最大输出电流不小 于 2A,电压步进精度 100mV (2) 输入电压 UN为 20V30V,输出电压 12V 时，电压调整率 SU2%(1。=2A; (3) 输出电压纹波峰-峰值 UOPPC0.2V (UN=24V, UO=12V, IO =

2、2A)。 输出为电流源时： (4) 输出电流 1。从 02A 变化时，电流步进精度 100mA 负载阻抗不大于 6Q ; (5) 输出电流 I。为 2A,负载从 3Q变为 6 Q时，电流调整率 S 70%UN=30V 2. 发挥部分 输出为电压源时： (1) 输入直流电压为 20V30V 时，输出电压可设为 612V,最大输出电流不小于 2A。电压步进精度 20mV (2) 输入电压 UN为 20V30V,输出电压 12V 时，电压调整率 SX 0.5% (Io=2A)； (3) 具有输出短路保护功能，短路电流 I oj=2.2 0. 1A,撤掉短路线路后电源自动恢 复2 输出； 输出电压纹波

3、峰-峰值 UOPPC 0.1V ( UN=24V, U=12V, IO =2A)。 输出为电流源时： (5) 输出电流 1。从 02A 变化时，电流步进精度 50mA (6) 输出电流 I。为 2A,负载从 3Q变为 6Q时，电流调整率 S 80%UN=30V； (9) 其他。 三、说明 (1) 自备输入部分的可调直流电源； (2) 自备 4 位半或 5 位半数字万用表； (3) 自备测试用负载电阻； (4) 电源在最大输出功率下应能连续稳定工作； (5) 样机应留出相应的测试端子； (6) 题中电压调整率计算公式：Q =如，电流调整率 S =如。 UO IO 四、评分标准 项目 内 容 得分

4、 设计 报告 方案比较与论证：方案描述、比较与论证 5 理论分析与设计：单元设计、系统设计 5 电路图和设计文件：完整性、规范性 5 测试数据与分析：系统测试、结果分析 5 分项满分值合计 20 基本 要求 实际完成情况 (1) 10 实际完成情况 (2) 5 实际完成情况 (3) 5 实际完成情况 (4) 10 实际完成情况 (5) 5 实际完成情况 (6) 15 3 分项满分值合计 50 发挥 完成第(1)项 5 4 部分 完成第（2）项 5 完成第（3）项 5 完成第（4）项 5 完成第（5）项 5 完成第（6）项 5 完成第（7）项 5 完成第（8）项 10 完成第（9）项 5 分项满

5、分值合计 50 总分 120 5 无线电能传输装置（B 题） 一、任务 设计并制作一个磁耦合谐振式无线电能传输装置，其结构框图如图 1 所示 一、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 U=15V 时，接收端输 出直流电流 l2=0.5A， 输出直流电压 L2 8 V， 尽可能提高该无线电能传输装置 的效率n ； （2） 输入直流电压 U=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； （3） 其他自主发挥。 三、说明 (1) 发射与接收线圈为空心

6、线圈，线圈外径均 20 ； 发射与接收线圈间介质为 空气； I 2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 r 100% ； U1I1 (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。 四、评分标准 项目 内 容 得分 设计 报告 方案比较与论证：方案描述、比较与论证 5 理论分析与设计：单元设计、系统设计 5 电路图和设计文件：完整性、规范性 5 发射线圈 电能变换 驱动电路 接收线圈 I? 图 i 电能无线传输装置结构框图 6 测试数据与分析：系统测试、结果分析 5 分项满分

7、值合计 20 基本 完成第（1）项 50 要求 分项满分值合计 50 发挥 完成第（2）项 40 其他 10 部分 分项满分值合计 50 总分 120 7 坦克打靶(C 题) 一、任务 设计并制作一个可以寻迹的简易坦克车，并在其上安装由电动机驱动的可以自由旋 转的炮塔，在炮塔上安装激光笔以代替火炮。 本题的任务是控制坦克沿靶场中预先设置的轨迹，快速寻迹行进，并同时以光电方 式瞄准光靶，实现激光打靶。 本题仅考核在水平面上跟踪轨迹的精确性、在水平面上打靶的精确性以及完成任务 的速度，靶场如图 1 所示: 图 1 靶场及光靶示意图 、要求 1 .基本要求 (1) 要求坦克从起点出发，沿引导轨迹快速

8、到达终点。坦克上应自行标示一醒目的 检测基准。在寻迹跟踪的全过程中，其检测基准偏离引导轨迹边缘距离应w 2cm 一旦 不满足该要求，坦克应自动给出声光报警；同时全程行驶时间不能大于 60s，时间越短 越好。行驶时间8 达到 60s 时，必须立即自动停车并停止炮击的动作并给予声光报警； (2) 在引导轨迹适当位置设置有 4 条“炮击点”黑色短线，坦克检测到“炮击点” 黑色短线时需立即发出声光指示信息，并停车，在检测到“炮击点”标志 1s 内瞄准炮 击。炮击全过程必须以激光指示弹着点并伴随声光指示，持续时间 2s，以便确切检测 激光炮击点刻度位置，记录该过程中最大偏差值。 2发挥部分 完成本部份，

9、炮塔增加不少于 250g 的转动惯量配重，低于 220g 发挥部分不测试。 (1) 全程行驶时间不能大于 40s，其余要求同“基本要求”第(1)条； (2) 坦克在行进过程中可以动态瞄准目标，当检测到“炮击点”黑色短线时立即炮 击。炮击过程必须伴随声光指示，时间持续 2s。炮击过程中不能停车，也不允许有明显 降低坦克行进速度的情况发生，全程行驶时间不能大于 40s; (3) 坦克每瞄准炮击一次，炮塔应自动复位，当检测到“炮击点”标志时需在 2s 内瞄准炮击且不允许停车，全程行驶时间不能大于 60s。其余要求同发挥部分第(2)条； 复位位置为火炮指向车头正前方位置，自动复位到位应当有声光指示信息

10、； (4) 其他。 三、说明 1 在白纸上绘制或粘贴引导轨迹； 2引导轨迹宽度 2cm 可以涂墨或粘黑色胶带，引导轨迹形状在竞赛时临时指定。 轨迹曲率半径不小于 30 cm。“炮击点”黑色短线长 35cm 3. 坦克行进及打靶不允许采用人工遥控，坦克外围尺寸：长度w 35cm 宽度w 25cm 坦克采用电池供电。竞赛测试过程中允许自带多套备用电池； _ 3 4. 炮塔电机体积不大于 5X 5X 5cm； 5. 配重体轴向厚度不大于 2 cm,并便于取下称量检查； 6. 光靶采用电压 12V、功率w 15W 的小汽车灯泡，灯泡中心距地面 25cm 竞赛时 可以自备； 7. 光靶刻度板长约 50c

11、m 每间隔 1cm 刻一条竖线，光靶中心线两侧各 25 条。每 5 条做一标记，如 1、5、10、15、20、25。炮击点规定在灯泡以下便于观察位置； 9 8. 发挥部分中的“其他”项指与本题目密切相关的内容。10 四、评分标准 项目 内 容 得分 设计 报告 方案比较与论证：方案描述、比较与论证 5 理论分析与设计：单元设计、系统设计 5 电路图和设计文件：完整性、规范性 5 测试数据与分析：系统测试、结果分析 5 分项满分值合计 20 基本 要求 完成第（1）项 25 完成第（2）项 25 分项满分值合计 50 发挥 部分 完成第（1）项 10 完成第（2）项 15 完成第（3）项 15

12、完成第（4）项 10 分项满分值合计 50 总分 120 11 风力悬浮控制装置(D 题) 、任务 设计并制作一个利用风力使薄圆盘悬浮的控制装置，参考结构如图 1 所示 一、要求 1. 基本部分 (1) 将薄圆盘放在风力发生控制装置上，启动风力圆盘悬浮控制装置，控制薄圆盘 悬浮，保持薄圆盘在升起 50mn 后稳定 5S (秒)，标尺上的刻度跳跃幅度不能超过 30mm (2) 继续控制风力悬浮控制装置，使薄圆盘稳定在一个新的设置高度，然后做上、 下浮动动作(幅度不超过 30mm，控制时间 5S 以上； (3) 将薄圆盘控制在测试指定高度上，保持稳定 5S 后，从薄圆盘上方大于半米高 度上扔下一枚

13、一圆硬币进行干扰， 要求薄圆盘能够快速恢复原有状态(控制时间小于 10S)，保持平稳 5S 以上； (4) 将薄圆盘控制在测试指定高度上，薄圆盘完成 5S 悬停后，能够再次回落到薄 圆盘悬浮控制装置上。 2. 发挥部分 (1) 薄圆盘能够悬浮不少于 3 个指定的任意高度，上下浮动不超过 20mm 在各个悬 停点均能保持 5S 以上； (2) 在薄圆盘中心上摞起 5 枚五角硬币，控制薄圆盘悬浮到指定高度，保持薄圆盘 上摞起的硬币不倒，保持悬浮 5S 后回落到薄圆盘悬浮控制装置上； (3) 控制薄圆盘悬浮在指定高度后，使薄圆盘沿某一方向悬浮晃动，晃动幅度要求 12 超过标尺上的刻度 30mn,且保

14、持 10S 不倾翻； （4）其他。 三、 说明 1 风力发生装置尺寸：直径不能超过 400mm 高度不限； 2薄圆盘采用 PK 板制作，厚度 35mm 3刻度板也采用 PK 板制作， 高度为 320mm 宽度为 300mm 刻度间隔为 10mm 标 定为 030mm（上下各留 10mr）; 4薄圆盘降落过程严禁自由落体，降落过程中应能看到明显的降速，薄圆盘降落 后不会再次弹起。 四、 评分标准 项目 内 容 得分 设计报告 设计方案与论证 5 理论分析与软件说明 5 主要电路说明、测试方法 5 数据、结果分析 5 分项满分值合计 20 基本要求 完成第（1）项 10 完成第（2）项 15 完成

15、第（3）项 15 完成第（4）项 10 分项满分值合计 50 发挥部分 完成第（1）项 20 完成第（2）项 10 完成第（3）项 10 完成第（4）项 10 总分 50 13 锁定放大器的设计(E 题) 一、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。 为 10 卩 V1mV (2) 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)可连续或步进 移相 180 度，步进间距小于 10 度； (3) 信号通道的 3dB 频带范围为 900Hz1100Hz 误差小于 20% (4) 在锁定放大器输出端，设计一个能测量并显示被测

16、信号 S(t)幅度有效值的电路。 所测量的显示值与 S(t)有效值的误差小于 10% (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(t)与干 扰信号 n(t)的 1:1 叠加，如图 2 所示; 图 2 锁定放大器叠加噪声电路图 (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) n(t)亦可由与获得 S(t)同样结构 的电阻分一、要求 (1) R(t) 触发 整形 移相器 方波J 驱动 外接信号源提供频率为 1kHz 的正弦波 n 端。代 t)通过自制电阻分压网络降压接至

17、被测信号.s(t；)端，S( t)端幅度有效值 S(t) n(t) 信号通道 r(t) 参考通道 参考 83 图 1 锁定放大器基本组成结构框图 40 R(t) OC f 加法器 14 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% （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% （8） 其他自主发挥。 三、说明 （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）中的电阻分压网络的分压比例自行定义。由于 卩V 级信号常规 仪器难以测量，可通过适合

18、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。 四、评分标准 项目 内 容 得分 设计 报告 方案比较与论证：方案描述、比较与论证 5 理论分析与设计：单元设计、系统设计 5 电路图和设计文件：完整性、规范性 5 测试数据与分析：系统测试、结果分析 5 分项满分值合计 20 基本 要求 完成第（1）项 10 完成第（2）项 15 完成第（3）项 15 完成第（4）项 10 分项满分值合计 50 发挥 部分 完成第（5）项 15 完成第（6）项 15 完成第（7）项 10 完成第（8）项 10 分项满分值合计 50 总分 120 15 宿舍智能防盗防火报警系统（F 题） 一、任务 设计一个报警系统（低成本），系统应用于学生宿舍，能自动监视宿舍内的安全情 况，有异常情况发生时能立即发出报警和求助信息。 一、要求 1 基本要求 （1） 实现人体检测与声光报警功能； （2） 实现烟雾检测与声光报警功能； （3） 宿