吉林省大学生电子设计题目.docx

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吉林省大学生电子设计题目

2014年吉林省大学生电子设计竞赛

参赛注意事项

（1）2014年9月10日8:

00竞赛正式开始，不分【本科组】和【高职高专组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）参赛队必须在学校指定的竞赛场地内进行独立设计和制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）2014年9月13日20:

00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

水温加热控制系统（A题）

一、任务

设计并制作一个水温加热控制系统，使用220VAC电源加热水壶中的水，具有水位测量和水位高、低报警功能。

系统框图如下所示：

二、要求

1．基本要求

（1）设计的温度控制器具有数字显示功能，以LED或LCD方式显示温度和液位数值；

（2）设计制作温度控制器，具有温度测量功能，测温分辨误差不大于0.5℃；

（3）具有液位测量功能，液位测量使用自制液位传感器，液位测量误差不大于5mm；

（4）能够通过按键设置温度值控制升温，测试时现场指定温度控制值，要求升温时间小于5分钟，到达设置温度值时有声音提示。

声音提示之后开始计时，2分钟内控温误差不大于2℃；

（5）具有液位上限、下限报警功能，报警点可以设置，液位低于下限或高于上限时，发出声音报警并禁止加热。

2．发挥部分

（1）进一步提高温度测量分辩率，使温度测量的分辨误差不大于0.1℃；

（2）进一步提高液位测量精度，液位测量误差不大于1mm；

（3）进一步提高温度控制精度，升温时间小于5分钟，温度上升到设定值后，2分钟内控温误差不大于0.5℃；

（4）具有分段程序控制功能，可分段设置控温值和保温时间，控温值T1、T2、T3现场指定，在室温到90℃之间，控温时间t1、t2、t3现场指定，升温速度不小于10℃/min，控温误差不大于0.5℃。

如图所示：

（5）其它。

三、说明

1.加热水壶可以选用市场上现成的产品，控温测试过程中加热容器内水量不少于500ml；

2.加热要使用220VAC供电；

3.温度传感器可自行选择；

4.温度控制器不能使用市场现有温控产品；

5.液位测量要使用自制传感器，否则涉及液位测量项不给分；

6.样机在制作过程中要考虑220VAC供电的安全性；

7.测试液位时作为标准的钢板尺由参赛者自备；

8.测试温度时作为标准的0.1℃分辨精度水银温度计或电子点温计由参赛者自备；

9.在控温过程中不允许人工干预。

简易硬币查找与鉴别装置（B题）

一、任务

设计并制作一个可自动移动的硬币查找与鉴别装置，鉴别装置能够查找出隐蔽在PK板下的一元、五角、一角硬币、铜片（30mm等边三角形）、铝片（30mm×30mm正方形），其参考结构示意图如下所示。

二、要求

1.基本要求

（1）依据现场测试要求，使用本装置查找出隐蔽在PK板下随机摆放的10枚硬币；

（2）显示要查找的硬币所在方格编号和下面所放硬币的面值；

（3）当查找到不同的硬币种类时应有区分明显的声光报讯指示；

（4）本装置能正确区分放入的铜片和铝片，并发出区别于硬币的不同报警讯号。

2.发挥部分

（1）使用本装置查找出隐蔽在PK板下随机摆放的硬币、铝片、铜片，共10个；

（2）分别显示所查找的硬币面值和所在方格的位置编号，显示铝片、铜片所在方格编号并有便于区别的声音提示；

（3）能够回放检测到的硬币、铜片、铝片所对应的方格编号和硬币面值；

（4）其他。

三、说明

1.题图仅供参考，实际制作可以采用其他形式，只要能完成规定操作即可；

2.现场测试时用的硬币、铜片、铝片由参赛队自备，现场摆放在指定方格下面；

3.自动移动方式不限，但是不得使用直接购买的成品探测装置；

4.PK板厚度约为3～5mm，长为600mm、宽度600mm,上面绘制有36个方格，每个方格尺寸为100mm×100mm。

程控直流电源（C题）

一、任务

设计并制作DC-DC式直流电源，输入电压为20V～30V。

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：

二、要求

1．基本要求

输出为电压源时：

（1）输入直流电压为20V～30V时，输出电压可设置为6～12V，最大输出电流不小于2A，电压步进精度100mV；

（2）输入电压UIN为20V～30V，输出电压12V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；

（3）输出电压纹波峰-峰值UOPP≤0.2V（UIN=24V，UO=12V，IO=2A）。

输出为电流源时：

（4）输出电流IO从0～2A变化时，电流步进精度100mA，负载阻抗不大于6Ω；

（5）输出电流IO为2A，负载从3Ω变为6Ω时，电流调整率SI≤5%（UIN=20V）；

（6）无论电压源还是电流源工作模式，变换器在满载情况下效率

≥70%（UIN=30V）。

2．发挥部分

输出为电压源时：

（1）输入直流电压为20V～30V时，输出电压可设为6～12V，最大输出电流不小于2A。

电压步进精度20mV；

（2）输入电压UIN为20V～30V，输出电压12V时，电压调整率SU≤0.5%（IO=2A）；

（3）具有输出短路保护功能，短路电流Ioj=2.2±0.1A，撤掉短路线路后电源自动恢复输出；

（4）输出电压纹波峰-峰值UOPP≤0.1V（UIN=24V，UO=12V，IO=2A）。

输出为电流源时：

（5）输出电流IO从0～2A变化时，电流步进精度50mA；

（6）输出电流IO为2A，负载从3Ω变为6Ω时，电流调整率SI≤2%（UIN=20V）；

（7）电流源方式工作时，具有开路报警功能和保护功能；

（8）无论电压源还是电流源工作模式，变换器在满载情况下效率

≥80%（UIN=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：

，电流调整率

。

生产环境监控系统（D题）

一、设计任务

设计并制作一个生产环境监控系统，实现对生产现场环境内的温湿度、照明灯亮度、可燃气体浓度等监测与报警；控制排风机的排风量、喷淋阀、隔离门等的开闭。

生产环境监控系统结构方框图见图1，现场环境结构示意图见图2。

二、设计要求

1.基本要求

（1）现场主控机能对现场要控制的温湿度、照明灯亮度、可燃气体浓度值进行设置并显示，照明灯亮度分5个档位，可燃气体报警浓度设定范围20%～100%LEL；

（2）现场主控机可对喷淋阀、排风机、隔离门等装置进行就地开关控制，当设备运行时能指示出工作状态；对环境温度进行控制，要求温度控制绝对误差小于2℃（温度设定与控制范围在+25℃～+60℃范围内，测试时按指定的控制温度，在2分钟内完成）；

（3）当现场出现可燃气体浓度超过监控上限时现场主控机能启动联动系统，首先开启报警装置，然后依次启动排风机、喷淋阀、疏散指示灯，并分两步关闭隔离门，第一步半关，5秒钟后再全关，整个控制结束后关闭系统并进行声音提示（整个控制过程不能超过20秒）；

（4）以无线方式将现场环境温湿度、照明灯亮度、可燃气体浓度等信息和喷淋阀、排风机、隔离门装置的开关状态发送给终端手持设备。

2.发挥部分

（1）终端手持设备能接收现场主控机发出的照明灯亮度、温湿度、可燃气体浓度等参数信息，并能发出控制指令，通过现场主控机完成排风机的排风量、照明灯光亮度，喷淋阀、隔离门的开/闭控制；

（2）终端手持设备可显示现场设备的工作状态信息，具有存储回放功能。

手持设备平时处于低功耗状态；

（3）通过终端手持设备对现场的声光报警、喷淋阀、排风机、隔离门装置进行联动控制，动作过程与基本要求（3）相同；

（4）其他。

三、设计说明

（1）现场环境可以参照现场环境结构示意图来布置，也可以自行设计结构（结构尺寸限定为：

长500mm，宽400mm，高300mm范围内，制作材料要求便于观察测评），现场主控机和手持设备尺寸不做限制；

（2）照明灯可用LED发光管代替，亮度分为5档位（应能有明显的档位变化），喷淋阀和隔离门可以采用LED发光二极管构成的光柱来模拟，加热装置可以用白炽灯或发热电器等来替代；

（3）无线通信载体不做限制，监控终端手持设备也可以采用移动设备（手机或平板电脑）制作，在创新项中加分；

（4）无线收发电路可以使用模块，也可以自制；

（5）如果手持设备和现场主控机间采用有线方式通信将酌情扣分。

风力悬浮控制装置（E题）

一、任务

设计并制作一个利用风力使薄圆盘悬浮的控制装置，参考结构如图所示。

风力圆盘悬浮控制装置结构参考图

二、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50mm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，晃动幅度要求超过标尺上的刻度30mm，且保持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3～5mm；

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0～30mm（上下各留10mm）；

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。

数控直流电阻箱（F题）

一、任务

设计并制作一种数控直流电阻箱，该装置设有键盘、显示和两个引出端子（端子分正负），键盘用于设定电阻值，显示屏用于显示设定的电阻值，引出的两个端子用于模拟电阻箱的引出端子，端子之间的实际等效电阻值应为设定值。

数控直流电阻箱可参考下图所示的原理框图。

数控直流电阻箱参考框图

二、要求

1.基本要求

（1）可以通过键盘设定电阻值；

（2）能通过LED或LCD显示设定的电阻值；

（3）实现的电阻范围：

100Ώ～100KΩ；

（4）电阻精度：

1％；

（5）电阻功率不小于1/10W（阻值为1KΩ时）。

2.发挥部分

（1）实现的电阻范围：

10Ώ～1MΩ；

（2）电阻精度：

0.1％；

（3）电阻功率不小于1W（阻值为100Ω时）。

（4）其他。

三、说明：

1.报告中要求给出数控直流电阻箱等效电阻的测试方案；

2.报告中的“结果分析”部分要求给出实测电阻值和设定电阻值的关系曲线和对应的数据表；

3.建议参赛队员自己搭建并携带测试系统。