物电学院实作实训2项目1要点.docx
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物电学院实作实训2项目1要点
2014-2015学年
物电学院
电子设计实作实训2项目
项目1无线电能传输装置
一、任务
设计并制作一个无线充电电源模拟装置，其结构框图如图1所示。
用直流稳压电源提供+12V电源，为防止电源过载，设定稳压电源的保护电流定值为0.5A。
电能发射和接受线圈可以制作，也可以使用实验室提供的32uH平面线圈。
图1无线充电电源模拟装置框图
二、要求
1．基本要求
（1）具有频率可调的方波发生电路，频率调节范围100-300kHz；
（2）具有频率输出驱动电路，能驱动电能发送线圈，输出1W的功率；
（3）电能接受电路能输出大于100mW的功率，即能点亮LED；
2．发挥部分
（1）提高无线发送的效率，使
≥30%（输出不限）。
（2）输出电压稳定为5V，使输出功率尽可能大。
（3）其他。
三、说明
1．为照顾多数同学，方波振荡器使用双三极管多谐振荡器，三极管可用2SC8050、2N5551等，定时电容使用两只680P-1000P的涤纶电容。
频率使用100K的电位器。
2．方波放大使用场效应管IRF540，谐振电容用0.022uF/250V的涤纶电容器，根据线圈和工作频率确定。
图中R7限流电阻，应使用5W22欧。
测试效率时应将R7的功耗扣除。
3．电能发送部分的参考电路见图2。
图2电能发送电路
4．电能接受部分参考电路见图3。
W2与MOS管Q4组成并联稳压电路。
图3电能接受电路
四、评分标准（本项目期末折算60%）
项目
主要内容
满分
设计
报告
制作过程记录
简单记录制作过程、提供PCB版图的照片
4
理论分析与计算
方波频率参数计算、线圈谐振参数计算
9
测试结果
提供方波波形、线圈波形的照片
15
设计报告结构及规范性
摘要
设计报告正文的结构
图标的规范性
2
总分
30
基本要求
实际制作了电路板，完成基本要求
50
发挥
部分
完成第
（1）项
25
完成第
（2）项
20
其他
5
总分
50
提示：
本项目是上期实作实训同学学习的，后来得知被2014湖北省的电子设计竞赛采用，可见无论从原理和应用都很具代表性，是目前广为推广的移动充电的热点应用之一，小到手机充电，大到电动汽车，很有实用价值，但目前的产品都并不完美，有很大的提升空间，对于同学学习，仅实现原理和功能却难度不大，值得动手一做。
项目2LED照明电源
一、设计任务
自备一台24V/1A的直流电源，设计一适配电路，能驱动3只1W的白光LED灯串，并能调节白光LED的亮度。
二、设计要求
1．基本要求
①输出电流：
范围0至700mA调节；
②输出开路电压：
15V；
③测量并计算电源的效率；
2．发挥部分
①更高的效率；
3、说明
1．白光LED的驱动应使用恒流驱动，由于每只LED的工作电压约为4.5V，三个LED串的工作电压约为13V；
2．供电电源要求为24V（可以使用现成的电源），实际要求为制作一台恒流电源。
4、评分标准（本项目期末折算50%）
项目
主要内容
满分
设计
报告
方案论证
比较与选择
方案描述
4
理论分析与计算
驱动电源的控制方法与参数计算
提高效率的方法、通信控制协议的制定和实现方法
9
电路与程序设计
DC-DC主回路与器件选择
控制电路或控制程序
保护电路
9
测试方案与测试结果
测试方案及测试条件
测试结果及其完整性
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
图标的规范性
3
总分
30
基本要求
实际制作完成情况
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
10
总分
50
发挥
部分
完成第
（1）
40
24V/1A电源自制
10
总分
50
总分
130
提示：
本项目实际为一降压型的电源，只是输出不同于常规的电源，为一恒流源，要求简单，故分值较低，是照顾一般基础较低的同学的，仅完成本题是不能通过学分的。
如果不考虑效率，用两个三极管就能实现；但要考虑效率，应该使用开关电源芯片如LM2596，还应使用运放如LM358，对取样电压进行放大。
项目3LC谐振放大器
一、任务
设计并制作一个LC谐振放大器。
二、要求
设计并制作一个低压、低功耗LC谐振放大器；为便于测试，在放大器的输
入端插入一个40dB固定衰减器。
电路框图见图1。
1．基本要求
（1）衰减器指标：
衰减量40±2dB，特性阻抗50Ω，频带与放大器相适应。
（2）放大器指标：
a）谐振频率：
f0=480kHz；允许偏差±10kHz；
b）增益：
不小于60dB；
c）−3dB带宽：
2Δf0.7=60kHz；带内波动不大于2dB；
d）输入电阻：
Rin=50Ω；
e）失真：
负载电阻为200Ω，输出电压1V时，波形无明显失真。
（3）放大器使用3.6V-5V稳压电源供电（电源自备）。
最大不允许超过360mW，
尽可能减小功耗。
2．发挥部分
（1）在-3dB带宽不变条件下，提高放大器增益到大于等于80dB。
（2）在最大增益情况下，尽可能减小矩形系数Kr0.1。
（3）设计一个自动增益控制（AGC）电路。
AGC控制范围大于40dB。
AGC控制范围为20log（Vomin/Vimin）－20log（Vomax/Vimax）（dB）。
（4）使用提供的480k陶瓷滤波器替换一级LC谐振放大器后，测试并计算其矩形系数，给出相应的幅频特性曲线。
三、说明
1.图2是LC谐振放大器的典型特性曲线，矩形系数
2.放大器幅频特性应在衰减器输入端信号小于5mV时测试（这时谐振放大器的
输入Vi<50μV）。
所有项目均在放大器输出接200Ω负载电阻条件下测量。
3．功耗的测试：
应在输出电压为1V时测量。
4.文中所有电压值均为有效值。
四、评分标准（本项目期末折算70%）
项目
主要内容
满分
设计
报告
方案论证
比较与选择
方案描述
3
理论分析与计算
增益
AGC
带宽与矩形系数
9
电路设计
完整电路图
输出最大不失真电压及功耗
9
测试方案与测试结果
测试方法与仪器
测试结果及分析
6
设计报告结构及规范性
摘要
设计报告正文的结构
图标的规范性
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
10
完成第
（2）项
20
完成第（3）项
20
完成第（4）项
另计
总分
50
注：
完成发挥部分
（1）-（3）总分为130分，所得分折算70%，继续完成发挥部分（4）另加20分。
提示：
本项目的原型是2011的D题，原题中心频率为15MHz，该频率下，电感制作更为方便，但频谱显示不方便，需要高频频谱仪，为便于测试，将中心频率改为480kHz，这个频率将会在电力载波通信中使用。
本项目原则上要求使用三极管实际制作，应使用多级LC谐振放大器级联，发挥部分提供了陶瓷滤波器，并要求测试陶瓷滤波器的特性，增加更多的知识点。
设计参考另文给出，请关注。
项目4无线识别装置
一、任务
设计制作一套无线识别装置。
该装置由阅读器、应答器和耦合线圈组成，其方框图参见图1。
阅读器能识别应答器的有无、编码和存储信息。
装置中阅读器、应答器均具有无线传输功能，频率和调制方式自由选定。
不得使用现有射频识别卡或用于识别的专用芯片。
装置中的耦合线圈为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕10圈制成。
线圈直径为6.6±0.5cm（可用直径6.6cm左右的易拉罐作为骨架，绕好取下，用绝缘胶带固定即可）。
线圈间的介质为空气。
两个耦合线圈最接近部分的间距定义为D。
阅读器、应答器不得使用其他耦合方式。
二、要求
1．基本要求
（1）应答器采用两节1.5V干电池供电，阅读器用外接单电源供电。
阅读器采用发光二极管显示识别结果，能在D尽可能大的情况下，识别应答器的有无。
识别正确率≥80%，识别时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。
（2）应答器增加编码预置功能，可以用开关预置四位二进制编码。
阅读器能正确识别并显示应答器的预置编码。
显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。
2．发挥部分
（1）应答器所需电源能量全部从耦合线圈获得（通过对耦合到的信号进行整流滤波得到能量），不允许使用电池及内部含有电池的集成电路。
阅读器能正确读出并显示应答器上预置的四位二进制编码。
显示正确率≥80%，响应时间≤5秒，耦合线圈间距D≥5cm。
（2）阅读器采用单电源供电，在识别状态时，电源供给功率≤2W。
在显示编码正确率≥80%、响应时间≤5秒的条件下，尽可能增加耦合线圈间距D。
（3）应答器增加信息存储功能，其存储容量大于等于两个四位二进制数。
装置断电后，应答器存储的信息不丢失。
无线识别装置具有在阅读器端写入、读出应答器存储信息的功能。
（4）其他。
三、说明
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（本项目期末折算总分60）
提示：
本项目的原型是2007年B题，可以作为《项目1无线电能传输装置》的辅助通信通道，建立无线供电与受电双方之间的通信桥梁。
通过合理的设计，可以共用同一组线圈实现电能和信号的传输。
将本项目与项目1一起考虑，是不错的选择，有一定的挑战性。
项目5三维超声波测距避障装置
一、任务
设计并制作超声波测距装置，能够定位装置前方三维空间的障碍物的位置，大致的形状，示意图如图1所示。
图1三维超声波测距装置
图中，YOZ为装置端面上的垂直平面，A、B、C为装置端面上分别布设在Y轴和Z轴上的三个收发一体的超声波传感器，M是装置前方的一未知障碍物，超声波传感器A、B、C轮流发送超声波脉冲，根据回波的时间来测量AM、BM和CM的距离，当M为一点状物时，AM、BM和CM的距离可以被唯一确定，当超声波传感器A、B、C使用收发一体的结构时，每轮测量可以得到更多的数据，如A发送时可得到2AM，AMB和AMC三个距离数据，同样如B发送时可得到2BM，BMA和BMC三个距离数据。
由于M存在不同的形状，每轮扫描测量得到的距离信息是不同的，应将测到的距离全部输出，便于应用系统分析。
二、要求
1．基本要求
（1）使用收发一体的超声波传感器，由单片机控制传感器产生的信号为40kHz周期性超音频脉冲信号，如图2所示，脉冲个数为5-8个，间隔为单片机能测量距离的最小周期。
图2信号波形示意图
（2）设计并制作超声波收发电路，发射电路能独立控制，可以分别发送超声波脉冲，接收电路要求独立并行接收，可同时接收不同传感器发出的回波。
（3）制定通信协议，通过串口输出测量到的距离数据。
（4）评价装置的性能指标，如测量精度、扫描周期等，给出应用建议，如能否使用于小车、导盲或四轴飞行器等。
2．发挥部分
（1）制作3套装置，将其置于可移平台，进行动态测试，收集动态测试数据。
（2）提出更高效率和体积的方案。
（3）给出改进意见。
三、说明
1.本项目必须采用天龙经纬公司提供的超声波传感器。
2.在选择本项目的同学中进行评估，有能力完成的组将给予1000元资金资助。
4、评分标准（本项目期末折算100%）
项目
主要内容
分数
设计报告
系统方案
整体方案比较
7
控制方案
设计与论证
设计、计算
12
误差信号产生
控制理论简单计算
电路设计
系统组成
3
各种电路图
测试结果
测试数据完整性
3
测试结果分析
设计报告
摘要
5
正文结构完整性
图表的规范性
总分
30
基本要求
基本要求实际完成情况
70
发挥部分
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
5
完成第（3）项
5
总分
30
提示：
本项目为天龙经纬公司资助项目，欢迎同学踊跃参与。
项目6基于单片机的电力线载波X10协议实现
零、概述
X10协议是由英国PICOElectronics公司的工程师在20世纪70年代后期开发并获得专利，X10系统由三部分组成，即发射器、接收器和系统保障设备。
发射器通过电力线发射控制信号给接收器，由接收器对被控器件进行远程控制。
X10信号根据电力线信号正负过零点处120kHz脉冲信号出现与否来进行传输。
利用该电力线网络做载体传输控制信号，将120kHz的编码信号加载到50Hz的电力线上，有载波信号表示数据“1”，无载波信号表示数据“0”（在正弦波的0o相位处有120kHz脉冲群，并且紧随其后的180o相位处无脉冲群则表示“1”信号，如果在正弦波的0o相位处没有脉冲群，并且紧随其后的180o相位处有脉冲群则表示“0”信号），如图1所示。
图1X10协议载波信号示意图
由发射设备将X10信号发送给接收器，而每个接收设备都预先设定了一个地址码。
地址码是由房间码（A~P）和单元码（1~16）组成，有了X10电力线载波通信协议，家里所有接到电力线上的设备几乎都能控制。
系统保障设备主要是由于电力线干扰问题，用来检测和解决电力线噪音问题的一些设备，主要目的是保障X10信号在电力线上传输的稳定与有效强度，从而保障X10系统运作正常。
X10系统的突出优点：
①安装方便（采用电力线介质通讯，无需另布线）；②操作简单（只需要用户在拨号盘上设置地址即可）；③价廉物美，经济实用；④使用简便、控制灵活；⑤按需选配，升级空间大（系统没有主机、中心总控制台，组建系统就像搭积木，可以按照用户的需要量体裁衣选配产品，它可以不断扩展升级的特点可以让用户分阶段的将系统的功能完善，不断提升生活的档次）；⑥与现有的系统兼容性比较好，互不冲突；⑦标准协议，高级控制：
X10是一个开放、标准的协议，可以和很多高级设备接入，实现更高级的智能家居控制方式。
X10技术也存在致命的缺点：
传送数据的速率慢，每秒只能传送50bit，其寻址能力弱，传输介质单一。
一、任务
设计一套基于单片机的电力线载波X10协议系统模型，组成如图2，应包含如下设备：
X10协议控制器，X10协议调制解调器，X10协议LED照明灯，实现LED照明灯的开关和亮度调节。
图2X10协议控制系统模型
开发任务：
X10协议调制解调器，对智能手机和台式电脑的接口称上行接口使用RS232标准，上行信号RS232信号经过X10调制解调器转换成X10协议后耦合到220V的交流线路中，成为电力线载波信号，相应的LED照明灯接收到匹配的地址信号和控制信号后做出响应。
X10协议LED照明灯，具有X10接收器，考虑到成本，没有发送器，接收器接收到信号后，能实现开关和亮度调节。
二、要求
1．基本要求
（1）按天龙经纬公司提供的设计原理图制作调制解调器PCB电路板，并自主装配调试，开发相应的控制软件，实现调制解调器功能；
（2）按天龙经纬公司提供的调制解调器PCB电路板，自主装配调试，开发相应的控制软件，实现调制解调器功能；
（3）设计制作LED照明灯，并包含X10协议接收器，自主装配调试，开发相应的控制软件，实现X10的LED照明灯控制功能；
（4）按天龙经纬公司提供的PCB电路板制作LED照明灯，自主装配调试，开发相应的控制软件，实现X10的LED照明灯控制功能；
2．发挥部分
（1）开发台式电脑软件，实现键盘控制X10协议LED1和LED2的开关和亮度调节。
（2）开发安卓软件，实现智能手机控制X10协议LED1和LED2的开关和亮度调节。
（3）其他。
三、说明
1.本项目可以使用天龙经纬公司提供的PCB板，但要自行装配并开发软件。
2.在选择本项目的同学中进行评估，有能力完成的组将给予1000元资金资助。
四、评分标准（本项目期末折算总分100%）
项目
主要内容
分数
设计报告
系统方案
整体方案比较
7
控制方案
设计与论证
设计、计算
12
误差信号产生
控制理论简单计算
电路设计
系统组成
3
各种电路图
测试结果
测试数据完整性
3
测试结果分析
设计报告
摘要
5
正文结构完整性
图表的规范性
总分
30
基本要求
基本要求实际完成情况
70
发挥部分
完成第
（1）项
20
完成第
（2）项
25
完成第（3）项
5
总分
50
提示：
本项目的实现方法并不难，难的是需要较多的知识，有编程基础的同学通过努力都能完成任务。
本项目同样为天龙经纬公司资助项目，欢迎同学踊跃参与。
项目7多旋翼飞行器智能调速器开发
提示：
有意向并有自信的同学单独安排。
有资金资助。
升级会员 