光电学院电子设计竞赛试题.docx
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光电学院电子设计竞赛试题
长春理工大学光电信息学院
2011年电子设计竞赛题目
2011年6月7日
A、智能排风系统设计
一、设计任务
设计并制作一个浴室用智能排风，能够实现：
自动检测热水的开停，自动检测煤气是否泄漏，排气扇故障自我检测等控制功能。
二、要求
1、基本要求
（1）能够对固定点的热水的开、停进行检测；
（2）热水开启的时候，根据室温的高低控制排气扇运转强弱；热水停的时候，排气扇能够根据设定的延时时间停止。
（3）室内温度，湿度的检测。
（4）风扇堵转或者故障自动检测。
（5）具备本地控制方式。
2、提高部分
（1）排气扇的无级调速。
（2）能够对多点以及移动的热水水源的开停进行检测。
（3）一氧化碳或煤气等有毒气体检测，强制排气。
（4）安装简易，成本控制。
（5）其他。
三、说明
1、控制器主板自制。
3、电机采用交流电机。
四、评分标准
设计
报告
项目
主要内容
分数
系统方案设计
比较与选择
方案描述
5
可行性分析
方案的可行性
5
电路与程序设计
电路设计
程序设计
10
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
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
5
总分
30
基本
要求
（1）项
10
（2）项
10
（3）项
10
（4）项
15
（5）项
5
总分
50
提高
部分
（1）项
10
（2）项
20
（3）项
10
（4）项
5
（5）项
5
总分
50
B、电能收集充电器
一、任务
设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。
该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。
直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。
监测和控制电路由直流电源变换器供电。
由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。
可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。
二、要求
1、基本要求
（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V时，充电电流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。
（2）在Rs=100Ω时，能向电池充电的Es尽可能低。
（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽可能低。
（4）Es降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。
（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为0.1s～5s。
2、发挥部分
（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V时，以尽可能大的电流向电池充电。
（2）能向电池充电的Es尽可能低。
当Es≥1.1V时，取Rs=1Ω；
当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。
（3）电池完全放电，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压
＞3.6V，短路电流＞0）的Es尽可能低。
当Es≥1.1V时，取Rs=1Ω；当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。
（4）Es采用太阳电池，实现对模拟可充电池进行充电。
（5）具备太阳电池最大功率跟踪功能。
（6）其他。
三、说明
1．测试最低可充电Es的方法：
逐渐降低Es，直到充电电流Ic略大于0。
当Es高于3.6V时，Rs为100Ω；Es低于3.6V时，更换Rs为1Ω；Es降低到1.1V以下时，更换Rs为0.1Ω。
然后继续降低Es，直到满足要求。
2．测试自动启动充电功能的方法：
从0开始逐渐升高Es，Rs为0.1Ω；当Es升高到高于1.1V时，更换Rs为1Ω。
然后继续升高Es，直到满足要求。
四、评分标准
设计报告
项目
主要内容
满分
系统方案
电源变换及控制方法实现方案
5
理论分析与计算
提高效率方法的分析及计算
7
电路与程序设计
电路设计与参数计算
启动电路设计与参数计算
设定电路的设计
10
测试结果
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
5
总分
30
基本要求
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
10
完成第（3）项
10
完成第（4）项
10
完成第（5）项
10
总分
50
发挥部分
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
5
完成第（3）项
10
完成第（4）项
10
完成第（5）项
10
完成第（6）项
5
总分
50
C、单相交流电功率因数测量
一、任务
设计并制作一个可以测量单相交流电参数的功率因数测量装置。
二、要求
1．基本要求
（1）可以直接测量并显示被测的单相交流电的功率因数；
（2）可以直接测量并显示被测的单相交流电的电压、电流有效值。
（3）不得使用专用传感器完成。
（4）功率因数大于1、小于1或等于1时有相应的指示灯显示。
（5）精度小数点后1位。
2．发挥部分
（1）有过电压、过电流保护。
（2）功率因数低时能提示如何提高，如提示并联的电容容量多少。
（3）功率因数高时能提示如何调整。
（4）能实时显示负载的有功功率。
（5）功率因数精度小数点后3位。
（6）降低制作成本，提高效率。
（7）其他（例如自动改善功率因数等其它措施）。
三、说明
1、在正弦交流电路中，无源一端口网络吸收的有功功率并不等于UI，而是等于
，其中
称为负载的功率因数，是负载电压与电流的相位差，称为功率因数角。
在电压相同的情况下，线路传输一定的有功功率，如果功率因数
越小，则传输的电流就越大，传输线路上的损耗也就越大。
负载功率因数过低，一方面不能充分利用电源容量，另一方面又在输电线路中增加了损耗，降低了传输效率。
因此在工程上为了减少线路上的损耗，提高设备的利用率，供电部门总是要求用户尽量提高用电设备的功率因数。
2、负载电压与电流相位差的存在，是因为负载中有电感或电容元件的存在。
日常生活中的负载大多是感性负载，例如驱动用的电动机，日光灯中的镇流器等等，它们的功率因数一般都较低。
因此要提高负载的功率因数，可以采用在负载两端并联电容器的方法进行补偿，但补偿电容必须选择合理，不能太大，否则当负载呈现容性时，有可能使功率因数反而降低。
四、评分标准
设计
报告
项目
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
电压测量
电流测量
相位差
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
7
完成第（3）项
7
完成第（4）项
7
完成第（5）项
12
完成第（6）项
5
其他
5
总分
50
D、智能小车控制系统
一、任务：
设计一个智能小车控制系统，小车行车路线图1（见后图）所示，要求控制一辆玩具模型小车能够按要求指定的路线行驶。
二、要求：
（1）基本要求：
小车行车路线图1所示，要求控制一辆玩具模型小车从起点1前进，通过一进一退的方式，将小车停入甲库中，完成侧方停车。
然后从甲库驶出前进至终点1。
具体要求如下：
1、小车能够从起点1前进，完成要求中的“一进”；
2、小车能够从后退，完成要求中的“一退”；
3、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将车停正于甲库中；
4、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将车前进至终点1。
5、小车能够在2分钟内完成要求。
（2）发挥要求：
小车从终点1直线行驶到起点2，然后按图1路线所示，倒入乙库停正，再经过二进二退移位到丙库停正，前进穿过乙库至路上，倒入丙库停正，前进返回起点2。
具体要求如下：
1、小车能够从终点1直线行驶到起点2；
2、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将倒入乙库停正；
3、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下经过二进二退移位到丙库停正；
4、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下前进穿过乙库至路上；
5、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将倒入丙库停正；
6、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下前进至起点2；
7、小车能够在3分钟内完成要求。
三、说明：
1、小车的长度不得小于15cm，宽度不得小于10cm，必须是4轮小车。
不得采用遥控或者线控的方式操作小车。
2、图1中实线箭头为小车前进线，虚线箭头为小车倒车线。
场地为白底黑线，黑线宽度为1cm。
3、各线长度，线距标示如图1所示。
四、评分标准
设计报告
项目
主要内容
满分
系统方案
系统控制方法实现方案设计
10
电路与程序设计
电路设计与参数计算
启动电路设计与参数计算
设定电路的设计
10
测试结果
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
5
总分
30
基本要求
完成第1项
5
完成第2项
5
完成第3项
5
完成第4项
5
完成第5项
10
总分
30
发挥部分
完成第1项
5
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
10
总分
40
E、家居无线生物探测装置的设计
一、任务
设计并制作一个家居无线生物探测装置，实现对生物体信息的探测，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2~3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。
探测节点能够探测生物体温度信息。
温度测量范围为35～42℃，绝对误差小于0.5℃；生物体移动位置的探测，绝对误差小于1米。
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生物体信息。
（3）单次探测时延不大于5秒，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10厘米。
在10米距离内，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。
（2）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）能监测生物体当时体温，1米范围内体温误差不大于0.3度。
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。
2．生物体监测利用红外热释电传感器，其放大采集电路要求自己设计，不得使用现成模块。
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．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
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）项
10
其他
5
总分
50
F、无线数据通信系统设计
一、任务
设计一个单片机无线数据通信系统如图，实现单片机间的无线通信。
二、要求
1．基本要求
（1）单片机A可按键实时输入a-z，0-9英文文本，并显示，通过无线通信把数据传送到B端，B显示出接收的文本；
（2）A显示时钟并通过无线通信把传送到B，B显示A的时钟数据。
2．发挥部分
（1）A增加环境温度检测并传送给B显示；
（2）A增加简单图形发送并传送给B显示；
（3）其它。
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，系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、程序清单及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。
50
完成第
（1）项
35
完成第
（2）项
15
发挥部分
完成第
（1）项
25
完成第
（2）项
20
其它（高于发挥部分的要求）
5
四、说明
（1）可选用射频模块；
智能小车控制系统图1
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