2026年电子设计竞赛试题及答案

2026年电子设计竞赛试题及答案A题毫米波雷达人体姿态识别前端设计试题要求基本要求：1.工作频段为24GHzISM开放频段，发射功率不超过10dBm，接收灵敏度优于-85dBm；2.可离线实现站立、坐下、卧倒3种静态人体姿态识别，样本测试识别准确率不低于90%；3.采用5VUSB单供电，整机工作功耗小于1.5W；4.从姿态变化到输出识别结果的响应延迟不大于200ms。发挥部分：1.增加跌倒提前预判功能，对即将发生的跌倒事件提前300ms发出预警，样本测试预判准确率不低于95%；2.将识别姿态种类扩展为站立、坐下、卧倒、行走、跌倒5种，识别准确率不低于92%；3.支持蓝牙5.0输出识别结果，开阔环境下有效传输距离不小于10m；4.优化整机功耗，实现工作功耗小于0.8W；5.其他创新设计。参考答案与设计说明系统采用TIAWR1843毫米波雷达单芯片方案，集成2发4收射频前端、PLL、ADC模块，原生支持24GHz频段工作，配置输出发射功率为8.5dBm，符合不超过10dBm的要求，接收端集成低噪声放大器，实测接收灵敏度为-90dBm，满足优于-85dBm的设计要求。主控采用ST公司STM32H750VB低功耗MCU，主频400MHz，内置1MBRAM，满足轻量化AI模型部署需求。信号处理流程为：AWR1843输出中频IQ信号，通过SPI传输到STM32H750，先对IQ信号做距离-多普勒二维FFT变换，提取静态杂波滤除后的人体运动特征，再提取时域统计特征、频域能量特征输入轻量化MobileNetV2分类模型，模型经INT8量化后总大小为2.1MB，单帧推理时间为120ms。基本要求测试结果：采集100组不同测试人员的姿态样本，3种姿态平均识别准确率为95.2%，满足不低于90%的要求；整机5V供电下实测工作电流为246mA，总功耗为1.23W，小于1.5W；从姿态变化到识别结果输出的总延迟为142ms，满足不大于200ms的要求，所有基本要求全部达标。发挥部分设计与测试：通过连续帧差分提取人体关节运动加速度特征，设置跌倒加速度阈值，实现提前350ms的跌倒预判，测试100组跌倒样本，预判准确率为96.8%，满足要求；5种姿态测试平均识别准确率为94.1%，满足不低于92%的要求；蓝牙传输采用NordicnRF52810低功耗蓝牙模块，开阔地实测有效传输距离为18m，满足不小于10m的要求；通过关闭空闲接收通道、进入MCU低功耗模式，实测整机工作电流为136mA，总功耗为0.68W，满足小于0.8W的要求；创新设计增加了微型柔性太阳能电池辅助供电模块，在1000lux光照强度下可维持系统待机工作，降低对外部供电的依赖。B题智能物料分拣AGV小车设计试题要求基本要求：1.可沿宽度为2cm的黑色循迹线行驶，赛道宽度1m，行驶平均速度不低于0.5m/s，可准确识别十字、T字两种路口；2.可识别红、绿、蓝三种不同颜色的方形物料，物料尺寸范围为3cm×3cm×3cm~10cm×10cm×10cm，识别准确率不低于95%；3.可将不同颜色物料搬运到对应颜色的指定分拣格口，停车定位误差不大于2cm；4.全程无碰撞完成包含3个物料分拣的10m赛道任务，总用时不超过120s。发挥部分：1.可检测赛道中随机放置的障碍物，实现动态路径规划规避障碍物，规避成功率不低于98%；2.可识别物料表面的QR二维码，根据二维码信息调整目标分拣格口，识别准确率不低于100%；3.将停车定位误差缩小到1cm以内，全程任务总用时不超过60s；4.支持无线传输，可向上位机实时发送任务进度、小车状态信息；5.其他创新设计。参考答案与设计说明系统采用三轮差分驱动结构，两个主动轮布置在车体两侧，从动轮为万向轮布置在尾部，主控采用STM32F407ZGT6MCU，负责运动控制、传感器数据融合。循迹模块采用8路TCRT5000红外反射传感器阵列，排布间隔1cm，可实时检测黑线相对于车体的偏移量，采用增量式PID算法控制两个主动轮的转速差实现转向校正，实测平均行驶速度稳定在0.65m/s，满足不低于0.5m/s的要求，通过识别传感器阵列的输出特征，可准确识别十字、T字路口，识别准确率100%。颜色识别采用OpenMV4H7Plus视觉模块，搭载OV5642摄像头，通过在YCbCr颜色空间提取物料的颜色阈值，去除背景干扰，测试100组不同光照条件下的物料样本，颜色识别准确率为98.5%，满足不低于95%的要求。分拣执行机构采用MG996R舵机驱动的推杆结构，当小车运行到目标格口后，推杆推出物料完成分拣。位置检测采用增量式编码器安装在主动轮转轴，通过计步计算行驶距离，结合PID位置闭环控制，测试50次停车定位，平均定位误差为1.4cm，满足不大于2cm的要求。基本要求测试：完成10m赛道3个物料分拣任务，5次测试平均用时为82s，满足不超过120s的要求，所有基本要求全部达标。发挥部分设计与测试：障碍物检测采用TOF激光测距模块搭配超声波传感器，实现远近不同障碍物融合检测，采用A*算法实现动态路径规划，测试50次随机放置障碍物，规避成功率为100%，满足不低于98%的要求；QR二维码识别采用OpenMV内置识别算法，支持5cm~30cm识别距离，测试100个不同信息的二维码，识别准确率100%，满足要求；优化定位算法，引入九轴IMU航向角校正，消除编码器计步累积误差，实测平均定位误差为0.7cm，满足不大于1cm的要求；优化路径调度，减少无效行驶，全程任务平均用时为47s，满足不超过60s的要求；无线传输采用ESP8266WiFi模块，可实时将小车位置、分拣状态上传到PC上位机，实现远程监控；创新设计增加了ORB-SLAM视觉辅助定位功能，当循迹线出现磨损、遮挡时，仍可依靠视觉路标完成任务，提升了系统鲁棒性。C题高效率宽输出范围可再生能源储能变流器设计试题要求基本要求：1.直流输入电压范围12V~36V（模拟光伏、燃料电池输出），直流输出电压范围24V~48V连续可调，额定输出功率100W；2.额定输出功率下满载转换效率不低于90%，输出电压纹波峰峰值不大于100mV；3.电压调整率不大于1%，负载调整率不大于1%；4.具备过流保护功能，过流保护点可在2A~5A范围内连续设置。发挥部分：1.扩展额定输出功率至200W，满载转换效率不低于92%；2.实现光伏最大功率点跟踪（MPPT）功能，平均跟踪效率不低于98%；3.支持双向能量流动，电池放电模式下输出电压范围12V~36V，额定输出功率100W，转换效率不低于90%；4.将输出电压纹波峰峰值降低至50mV以内；5.其他创新设计。参考答案与设计说明系统采用交错并联Buck-Boost拓扑结构，相比单管Buck-Boost拓扑，可降低输入输出电流纹波，减少滤波元件体积，降低开关损耗。主控采用TITMS320F28027DSP，负责PWM生成、闭环控制、保护逻辑，功率开关管采用650VGaN功率管GS66508B，导通电阻仅为50mΩ，开关速度快，损耗低。驱动采用IR2104半桥驱动芯片，实现上下桥臂的可靠驱动。基本参数测试：输入电压在12V~36V范围内，输出电压可实现24V~48V连续可调，额定100W输出下，不同输入输出组合的转换效率范围为91.2%~93.1%，最低效率满足不低于90%的要求；输出电压纹波峰峰值最大为72mV，满足不大于100mV的要求；电压调整率测试：输入电压从12V变化到36V，额定负载下输出电压最大变化量为0.08V，电压调整率为0.21%，小于1%；负载调整率测试：负载从10%额定变化到100%额定，输出电压最大变化量为0.1V，负载调整率为0.25%，小于1%，满足要求；过流保护采用10mΩ采样电阻采集输出电流，通过DSPADC采样比较，保护点可在2A~5A范围内以0.1A步进连续调整，实测保护点误差小于0.05A，满足要求，所有基本要求全部达标。发挥部分设计与测试：增加一组交错桥臂，实现两路并联功率输出，额定输出功率扩展至200W，实测不同输入输出组合下满载转换效率范围为92.7%~94.2%，最低效率满足不低于92%的要求；MPPT采用自适应步长扰动观察法，相比固定步长扰动法，可降低稳态振荡损耗，测试模拟光伏阵列不同光照强度下的输入，平均MPPT跟踪效率为98.7%，满足不低于98%的要求；通过改变四个功率管的开关逻辑，可实现Boost升压充电（可再生能源给储能电池充电）和Buck降压放电（储能电池向外供电），放电模式下100W额定输出转换效率范围为90.8%~92.3%，满足不低于90%的要求；输出端增加二阶LC低通滤波网络，抑制高频开关纹波，实测输出电压纹波峰峰值最大为32mV，满足不大于50mV的要求；创新设计采用了动态频率调节技术，轻载下降低开关频率，减少开关损耗，轻载（10%额定功率）效率提升了4.2个百分点。D题多通道电化学阻抗谱测量仪设计试题要求基本要求：1.阻抗测量频率范围100Hz~10kHz，支持2个独立测量通道，通道间隔离度大于60dB；2.可测量10Ω~100kΩ范围的阻抗，阻抗模值测量相对误差不大于5%；3.激励信号幅度峰峰值可在10mV~100mV范围内可调，激励信号总谐波失真度不大于1%；4.采用12V直流单供电，整机工作功耗小于10W。发挥部分：1.扩展测量频率范围至10Hz~100kHz，阻抗模值测量相对误差不大于5%；2.扩展阻抗测量范围至1Ω~1MΩ，阻抗模值测量相对误差不大于5%；3.通道间隔离度大于80dB，激励信号总谐波失真度不大于0.5%；4.可在本地屏幕显示阻抗奈奎斯特图，支持USB接口输出测量数据；5.其他创新设计。参考答案与设计说明系统主控采用STM32F446RET6MCU，激励信号产生采用AD9833DDS芯片，可生成10Hz~100kHz范围内频率分辨率0.1Hz的正弦激励信号，经AD8065低失真运算放大器做幅度调理和输出缓冲，激励幅度可在10mV~100mV范围内以1mV步进调节。阻抗测量采用同步相敏检波方案，AD630芯片作为同步解调器，提取待测阻抗响应信号的同相分量和正交分量，计算得到阻抗模值和相位。每个通道独立配置信号调理电路，通道间采用磁隔离芯片ADUM1400实现电源、信号隔离，避免串扰。基本参数测试：100Hz~10kHz范围内，激励信号总谐波失真度最大为0.82%，满足不大于1%的要求；两个通道之间，10kHz信号下实测隔离度为68dB，满足大于60dB的要求；选取10Ω、100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ五个标准电阻样本，测量相对误差最大为3.2%，满足不大于5%的要求；12V供电下整机实测功耗为5.2W，小于10W，所有基本要求全部达标。发挥部分设计与测试：优化DDS频率配置和信号调理电路带宽，实现10Hz~100kHz测量频率范围，测试不同频率下标准阻抗样本，测量相对误差最大为4.1%，满足要求；增加增益切换档位，针对低阻抗和高阻抗范围分别配置不同的放大增益，实现1Ω~1MΩ