第八届恒拓杯题目.docx
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第八届恒拓杯题目
1、电动机恒流跟踪装置
难度系数:
1.0
一、任务
设计并制作一个包含H桥对直流电动机绕组或步进电动机绕组进行恒电流驱动的装置，用于实现电动机的恒转矩驱动或步进电动机的微步细分驱动。
二、要求
1．基本要求
（1）设计并制作一个电动机绕组驱动装置，装置内部使用H桥开关模式对电动机绕组进行供电，能实现电动机绕组电流（由串入电流表显示）与指令值相对应并保持稳定不变；
（2）使用分压器（由电位器实现）输出指令电压，指令电压与输出电流的对应关系为：
0V-0A，1V-0.5A，2V-1A，3V-1.5A；
（3）要求电池供电（7～15V）；
（4）精度要求：
输出电流与期望电流的误差小于10%；
2．发挥部分
（1）可以输出正反向电流，即分压器输出负电压时，可以输出反向电流。
指令电压与输出电流的对应关系为：
-3V（-1.5A）,-2V（-1A）,-1V（-0.5A）,0V（0A），1V（0.5A），2V（1A），3V（1.5A）；
（2）输出电流纹波峰峰值小于0.2A（测量串入电机绕组的0.1欧小电阻上的压降）。
（3）可以输出两路H桥正反向电流跟踪输出（可用于驱动双极性步进电动机）。
三、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
具体电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
15
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
15
完成第（4）项
20
总分
70
发挥部分
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
10
完成第（3）项
10
总分
30
2、多功能空间角度测量仪
难度系数:
1.2
一、任务
设计并制作一台多功能空间角度测量仪器。
该仪器主要实现空间角度和运动状态测量，主要用于测量空间物体的角度、方向、以及加速度等物体姿态信息。
该仪器独立于被测物体，可以方便拆装，检测不同的物体。
该检测仪器所用传感器以及检测方式任选，要求中所需要达到的功耗、精度等，请选手自己预留测量接口并自行提出可信验证方式，用可信的方式证明该仪器精度。
二、要求
1、基本要求
（1）能够检测单个物体任意倾斜方向上的水平夹角和竖直夹角。
并显示。
（2）能够测量单个物体相对于地磁场的地磁偏角。
（3）能够检测单个物体任意运动方向上的加速度。
（4）能够检测两个物体任意状态下的夹角（可以预先设置零位）。
注：
该文中提到的物体夹角，根据不同的物体，选手自行选择测量的面夹角或者空间线夹角。
测量过程中请选用棒状物体和平板状物体进行测试。
便于验证。
2、发挥部分
（1）可以检测物体的运动状态，在计算机二维平面内绘出运动轨迹曲线。
（2）功耗尽可能低，请选手自行证明功耗、检测精度情况。
（3）检测物体的三维运动状态，利用计算机在三维空间模拟运动状态。
（4）其他发挥部分。
三、说明
1、需要设置参考平面或者姿态的情况，选手自行设计。
2、电路形式不限，尽量少采用成品电路模块，自行设计。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
方案可行性论证
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
10
完成第（3）项
10
完成第（4）项
10
总分
40
发挥部分
完成第
（1）项
15
完成第
（2）项
15
完成第（3）项
20
完成第（4）项
10
总分
60
3、无辐射电磁炉
难度系数：
1.1
一、任务
设计并制作一个，可定时加热并可进行加热时间显示的电磁炉（电磁炉的加热装置可用LED或白炽灯模拟），并且其可以在有人经过时自动停止加热以降低电磁炉对人体的辐射。
二、要求
1．基本要求
（1）可手动设定加热时间并显示加热时间。
可手动设置不同加热功率，并通过led的明暗程度反应出来。
（2）可以在任何人进入电磁炉一米范围内时停止加热，并在人离开时恢复加热。
（3）在电磁炉停止工作30秒后自动声光报警，提醒人离开。
2．发挥部分
（1）所使用的替代加热装置的LED功率在10W以上。
（2）计算出电磁炉停止工作时损耗的热量，并在规定的加热时间结束后进行补偿加热，并将补偿加热的时间显示出来。
三、说明
1．电磁炉供电直接采用220V市电。
2．对人体的探测可使用3～4个人体红外热释电传感器完成。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
25
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
25
总分
70
发挥部分
完成第
（1）项
15
完成第
（2）项
15
总分
30
4、可自动显示环数的激光靶
难度系数：
1.0
一、任务
设计并制作一个，可自动显示环数的激光靶。
本激光靶是在普通靶面上加若干对激光发射接收器，能较为精确的测量发射物击中靶的环数。
二、要求
1．基本要求
（1）可以侧出直径为2~3cm发射物击中靶的环数，并显示。
（2）具有存储功能，能存储十个以上环数。
（3）在多人同时进行射击时可区分不同人所得环数并分别保存。
2．发挥部分
多人射击时，可自动统计每个人的总环数，并进行排名和显示。
三、说明
1．激光靶具有1~10环10个环数，向靶心环数递增。
2．发射物可选取乒乓球等轻型物体，发射方式可采取弹射、手抛等一切方式。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
25
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
25
总分
70
发挥部分
完成第
（1）项
30
总分
30
5、声音定位系统
难度系数:
1.1
一、任务
设计一套声音定位系统。
在一块不大于1平方米的平板上贴一张500mm×350mm的坐标纸，在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的所用的时间，算出时间差，判定声响模块所在的位置坐标。
系统结构示意图如图1所示。
图1声音定位系统结构示意图
二、要求
1.基本要求
（1）设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等，每按键一次发声一次，声音信号的基波频率为500Hz左右，声音持续时间约为1s。
要求声响模块采用3V以下电池供电，功耗不大于200mW。
（2）设计制作四路声音接收模块，由麦克风、放大电路等组成，并分别与信息处理模块相连接，以便将频率为500Hz左右的信号传送至信息处理模块。
（3）设计制作一个信息处理模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声响模块所在位置的x、y坐标，并以数字形式显示x、y坐标值，位置坐标值误差的绝对值不大于30mm。
2.发挥部分
（1）改善接收信号的放大电路性能，改进算法，进一步提高定位精度。
（2）控制声响模块以不间断的连续周期波的形式发出声音信号，其基波频率为500Hz左右。
当声响模块在坐标纸上移动时，声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的x、y坐标值，随机停止声响模块的
移动，能立即稳定地显示声响模块的x、y坐标值，误差的绝对值不大于10mm。
（3）具有显示声响模块移动轨迹的功能。
当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时，液晶显示屏能动态显示声响模块移动的轨迹，显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。
（4）其它。
三、说明
1.注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试点。
2.采用三个声音接收模块即可实现定位，第四个模块可对定位作进一步校正。
3.不允许声响模块与其他电路有任何连接，并要求在声响模块上做出明显标记，以便清晰判读模块所在坐标数值。
4.声响模块移动轨迹的显示要求采用分辨率不低于128×64的液晶显示屏。
5.注意声音通过其它传播介质带来的影响。
四、评分标准
设计报告
项目
主要内容
满分
系统方案
声音定位系统总体方案设计
2
理论分析与计算
声响模块分析、计算
声音接收放大器分析、计算
数据处理原理分析、计算
5
电路与程序设计
声响模块电路设计
声音接收放大器电路设计
测量、数据处理电路设计
程序设计及其流程图
8
测试方案与测试结果
测试方法与仪器
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
2
总分
20
基本要求
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第
（1）项
12
完成第
（2）项
16
完成第（3）项
12
其它
10
总分
50
6、手机蓝牙考勤系统
难度系数:
1.1
一、任务
设计软件系统，利用手机蓝牙功能实现考勤。
系统能够自动记录课堂考勤情况，并能对考勤记录进行查询、统计和报表。
二、要求
1.基本要求
（1）系统具有友好操作界面，能够实现考勤、查询、统计和报表功能。
（2）系统运行环境可为PC机操作系统、手机Android/windowphone/iPhone等系统。
（3）在教室环境内，不点名实现精确考勤记录。
2.发挥部分
（4）云存储和共享功能。
三、说明
1．在教室内测试考勤记录功能，要求能够对0～200人进行考勤记录。
2．考勤记录至少包括学生姓名、班级、学号和考勤情况。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
30
完成第（3）项
30
总分
80
发挥部分
完成第（4）项
20
总分
20
7、手势识别装置
难度系数:
1.2
一、任务
利用超声波传感器识别人的简单手势。
设计装置能够识别两种基本手势，如图1所示。
图1手势示意图
图1中手势从A姿态向右运动到B姿态为第一种手势，从B姿态向左运动到A姿态为第二种手势。
二、要求
1.基本要求
（1）手势识别的有效距离（手与传感器的距离）在1～3米之间。
（2）能够识别两种基本手势，且有明确的结果显示。
（3）能够对两种手势（从A-B或从B-A）进行计数，并有明确结果显示。
2.发挥部分
（4）能够识别其他手势，如上扬，下划。
三、说明
1．测试时手和传感器之间不能有其他物品，身体保持静止。
2．两种手势交叉各测量10次，根据每一次识别的结果正确与否统计识别成功率。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
30
完成第（3）项
30
总分
80
发挥部分
完成第（4）项
20
总分
20
8、数字式压差、频差测量仪
难度系数1.0
一、任务
设计制作一个测量2路电压信号的电压幅值差、频率差的仪表。
二、要求
电力系统中发电机需要进行并网操作，自动进行并网操作需要采用自动准同期装置，自动准同期装置要精确反映所输入的发电机端电压和电网电压之间的幅值差、频率差和相位差，这3个监测量都在允许范围内时，才允许发电机并入电网。
本题目设计要求是实时测量2路相交流电压信号之间的电压幅值差、频率差和相位差，以确定是否满足同期并网条件，如果上述3个条件都在允许范围内，给出允许信号指示，并实时显示出压差、频差和相位差
结构示意图如图1所示。
图1系统结构示意图
1、基本要求
（1）可以测量2路不同频率的电压输入信号之间的电压幅值差和信号频率差；
（2）电压输入信号为正弦信号，幅值范围50V～65V，频率范围45Hz～55Hz；
（3）输入阻抗≥100kΩ；
（4）具有压差、频差的数字显示功能，读数范围为精确度为0.1V、0.05Hz；
（5）可以预设压差、频差定值，通过拨码开关或者数字键盘输入
（6）当同时满足压差、频差定值范围时输出灯光信号。
2、发挥部分
（1）测量2路输入电压信号的实时相位差，并实时显示；
（2）相位差定值可设置，设置范围1°～30°，相位差在这个范围内时发灯光信号；
（3）相位差测量误差≤1°；
三、评分标准
设计
报告
项 目
主要内容
分数
方案论证与设计
整体方案设计、模块方案比较
15
电路设计
系统组成和理论计算、模块电路
15
测试结果
测试数据完整性、测试结果分析
10
设计报告结构及规范性
摘要、正文结构完整性、图表规范性
10
总分
50
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
完成第（6）项
10
总分
60
发挥
部分
完成第
（1）项
15
完成第
（2）项
10
完成第（3）项
15
总分
40
9、温度模拟及自动控制系统
难度系数：
1.2
一、任务
设计并制作一个温度模拟及自动控制系统，可以模拟一些化学反应中的放热或者是吸热过程，同时控制该过程在一定的温度范围内进行。
反应器可以采用不漏水的开口金属槽代替，槽内填充超过一半容积的水作为中间介质（其内空间为200mm×100mm×100mm）。
在金属槽的左下方底部安装半导体致冷器件1，金属槽的右下方底部安装半导体致冷器件2。
其系统的示意图如图1所示。
图1系统示意图
在水槽中插入2只PT100，其中一支作为温度显示，另一支作为模拟系统和控制系统的温度反馈信号，同时在水中安装搅拌装置或者是水族箱所用循环水泵，主要作用是保证水槽中的水温均一，或者采用手动方式完成水搅拌。
二、要求
1基本要求
（1）控制用的半导体致冷器件2功率要大于模拟用半导体致冷器件1。
（2）模拟系统中可以通过编程设定升降温速度，误差控制在±1℃/min，设定值范围为5~20℃/min。
控制系统中可以在模拟系统中设定一个温度值后，设定一个温度控制值。
通常情况下，模拟系统应当先启动至少3分钟后，控制系统才可以启动，温度控制系统设定温度范围为0-40℃。
（3）具有温度显示功能，可显示实际水温，分辨率为0.1℃。
（4）当温度达到某一设定值并稳定后，盒内温度的波动控制在±1℃以内。
要求温度调控达到稳定状态时，必须给出声或光提示信号。
（5）当控制系统设定温度值与目前水温的温差为10℃时,要求达到稳定状态的调节时间小于等于5分钟，稳定状态下的温度波动在±1℃以内。
2发挥部分
（1）当温度达到某一设定值并稳定后，盒内温度的波动控制在±0.2℃以内。
（2）当设定的调节温差为15℃时,尽量减少达到稳定状态的调节时间，并要求超调量不超过1℃，稳定状态下的温度波动在±0.2℃以内。
（3）能记录并实时显示温度调节过程的曲线,显示的误差绝对值小于0.1℃。
（4）模拟系统中升降温度可以设置为曲线模式，曲线可以是正弦波或者是其他波形。
三、说明
1.水槽的材料采用厚度为2mm的不锈钢板。
2.采用陶瓷平板型半导体致冷器件实现制冷或加热，如果单片功率不够允许多片串联，建议控制用半导体致冷器件功率大于模拟用半导体致冷器件功率2倍。
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
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
实际制作完成情况
50
总分
50
发挥部分
完成第
（1）项
10
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
10
完成第（4）项
10
总分
50
10、小型热带鱼缸低压加热棒
难度系数:
1.0
一、任务
矩形玻璃鱼缸的最大尺寸为：
长210mm、宽150mm、高170mm（水深150mm）,玻璃厚度为3mm。
加热前原有最低室温水温：
摄氏5度。
设计一套小型热带鱼缸低压加热棒，使用时放入鱼缸水中（加热元件要全部没入水中），能使北方家庭的室内在秋、冬、春三季能正常饲养小型热带观赏鱼。
加热元件（不限）要放入玻璃管、不锈钢管等（不一定非要圆柱形）内并加以密封以防止漏电或降低加热元件使用寿命。
二、要求
2.1基本要求
（1）温度测量范围：
0~50℃，误差不大于±1℃。
（2）温度控制范围：
15~35℃，误差不大于±2℃。
（3）供电电源只能选择：
直流36伏。
（4）能数字显示温度的给定值及测量值（两位数即可，液晶或LED数码管任选，水下水上显示任选一种）。
（5）最大加热功率：
不超过50瓦（满足控温要求的前提下越小越好）
（6）加热及控制电路中不能有继电器、双金属片等机械动作的开关元件（可以用：
可控硅、MOSFET、IGBT等），也不能用接触式电位器、滑动变阻器来设定温度的给定值（可以用：
按键、遥控器、手机、平板电脑等）。
（7）不能用普通的（通断式）两位式、三位式控制（可以采用连续PID、时间比例/时间PID、模糊控制）。
（8）加热元件不能采用普通PWM调压方式工作以减少高次谐波辐射（可以采用：
调功方式或过零触发方式）。
2.2发挥部分
（1）36V电动车蓄电池与交流220v市电两用（有蓄电池充电电路）。
（2）防止加热元件干烧（水漏光或没有没过加热元件时）。
（3）控制器失灵、全电压长期加热时，水温不超过36℃（即：
尽量减小最大加热功率）。
（4）有防止加热棒外壳产生水垢的办法。
（5）尽量缩小加热棒的外形尺寸。
（6）设计好加热棒的安装方式以便对整个鱼缸的水温能均匀加热。
二、说明
1.尽量不用木材（易腐烂）和铁（易生锈，但镀锌的铁螺丝钉可以用）。
2.尽量防止漏电、起火。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
模块方案比较
电路设计
系统组成和理论计算
15
模块电路
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
摘要
10
正文结构完整性
图表的规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
4
完成第
（2）项
4
完成第（3）项
4
完成第（4）项
4
完成第（5）项
4
完成第（6）项
4
完成第（7）项
4
完成第（8）项
4
总分
32
发挥部分
完成第
（1）项
3
完成第
（2）项
3
完成第（3）项
3
完成第（4）项
3
完成第（5）项
3
完成第（6）项
3
总分
18
11、智能除尘吹风机
难度系数：
1.05
一、任务
对于设备中的除尘吹风机通常比吸尘器有效，但是如何能够实现无级变速来控制风量及何时变速是本任务的设计重点。
本设计要求当吹风机开机后工作中工作转速，当固定吹某一位置时（如灰尘较多的地方），电机开始加速直至最大转速，当吹风机位置变化时（如吹风机在移动过程中）电机转速下降至工作转速。
二、要求
1．基本要求
（1）交流电动机调压无级变速。
（2）转速0-16000rpm，工作转速10000rpm。
（3）能够感知风机位置的变化，可采用陀螺仪实现，也可采用其他方法。
（4）电压过载保护。
2.发挥部分
（1）调频无级变速。
（2）转速改变模式可选，即一种模式为任务中的吹固定位置时为最大转速，移动时为工作转速；相反，另一种模式为风机吹固定位置时为工作转速，移动吹灰尘时为最大转速。
三、说明
电机及聚风管等附件可以购买，其他需自行设计。
四、评分标准
项目
主要内容
满分
设计报告
方案论证与设计
整体方案设计
15
方案比较
电路设计
电路组成和理论计算
15
测试结果
测试数据完整性
10
测试结果分析
报告要求
正文结构完整性
10
图表、公式规范性
总分
50
基本部分
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
20
完成第（4）项
10
总分
70
发挥部分
完成第
（1）项
15
完成第
（2）项
15
总分
30
12、智能旅游景点介绍仪
难度系数:
1.1
一、任务
设计一个旅游景点自动介绍的仪器，使人们在参观各个景区的时候，尽管没有导游的引导介绍，旅游者可以借助智能旅游景点介绍仪了解相应的景区的文化内涵，景点来源等信息，使人们更好的享受旅途的快乐。
二、要求
2.1基本要求
（1）自动实现卫星定位，并将时间显示在显示屏上。
（2）实现语音讲解，实现对旅游景点的来源，经典文化等的讲解。
（3）可以实现对语音播放声音大小的控制。
2.2扩展要求
（4）编写相应的上位机软件，使其可以连接互联网，使用者可以从网上自动获取旅游景点的地址以及周围景点并进行相应的导航。
（5）实现语音的双向通信，使用者语音输入景点名称，智能旅游景点介绍仪输出相应的语音介绍，介绍相应景点。
（非特定性人语音）
（6）使用PCB画板，使作品的体积尽可能的小。
三、说明
1.使设计更为方便，小巧，便于携带。
2.语音具有可辨别性，可清晰的识别语音。
3.作品的部分大体实际应用状况如下：
假设我需要进入趵突泉，则我进入趵突泉后，当我打开我们的设备，语音输入“趵突泉介绍”，作品则智能语音介绍趵突泉相应的知识，液晶显示相应的时间等相关信息，并在上位机上显示相应的地点经纬度，景点名称，周围相近的景点，以及可以
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