陕西理工大学华为杯电子设计竞赛题目.docx

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陕西理工大学华为杯电子设计竞赛题目

2019年陕西理工大学电子设计竞赛试题

微电网模拟系统（A题）

一、任务

设计并制作由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统，其系统框图如图1

所示，负载为三相对称Y连接电阻负载。

+

-

+

-

交流母线

图1微电网模拟系统结构示意图

二、要求

1.基本要求

（1）闭合S，仅用逆变器1向负载提供三相对称交流电。

负载线电流有效值Io，2A时，线电压有效值Uo为24V±0.2V，频率fo为50Hz±0.2Hz。

（2）在基本要求

（1）的工作条件下，交流母线电压总谐波畸变率（THD）不大于3%。

（3）在基本要求

（1）的工作条件下，逆变器1的效率ƞ不低于87%。

（4）逆变器1给负载供电，负载线电流有效值Io在0~2A间变化时，负载调整率SI1≤0.3%。

2.发挥部分

（1）逆变器1和逆变器2能共同向负载输出功率，使负载线电流有效值Io达到3A，频率fo为50Hz±0.2Hz。

（2）负载线电流有效值Io在1~3A间变化时，逆变器1和逆变器2输出功率保持为1:

1分配，两个逆变器输出线电流的差值绝对值不大于0.1A。

负载调整率SI2≤0.3%。

（3）负载线电流有效值Io在1~3A间变化时，逆变器1和逆变器2输出功率可按设定在指定范围（比值K为1:

2~2:

1）内自动分配，两个逆变器输出线电流折算值的差值绝对值不大于0.1A。

（4）其他。

三、说明

（1）本题涉及的微电网系统未考虑并网功能，负荷为电阻性负载，微电网中风力发电、太阳能发电、储能等由直流电源等效。

（2）题目中提及的电流、电压值均为三相线电流、线电压有效值。

（3）制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，测试过程中不需重新接线。

（4）为方便测试，可使用功率分析仪等测试逆变器的效率、THD等。

（5）进行基本要求测试时，微电网模拟系统仅由直流电源1供电；进行发挥部分测试时，微电网模拟系统仅由直流电源1和直流电源2供电。

（6）本题定义：

（1）负载调整率SI1=|𝑈o2−𝑈o1|，其中Uo1为Io=0A时的输出

Uo1

端线电压，Uo2为Io=2A时的输出端线电压；

（2）负载调整率

SI2=|𝑈o2−𝑈o1|，其中Uo1为Io=1A时的输出端线电压，Uo2为Io=3A时

Uo1

的输出端线电压；（3）逆变器1的效率ƞ为逆变器1输出功率除以直流电源1的输出功率。

（7）发挥部分（3）中的线电流折算值定义：

功率比值K>1时，其中电流值小者乘以K，电流值大者不变；功率比值K<1时，其中电流值小者除以K，电流值大者不变。

（8）本题的直流电源1和直流电源2自备。

四、评分标准

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

逆变器提高效率的方法，两台逆

变器同时运行模式控制策略

6

电路与程序设计

逆变器主电路与器件选择，控制

电路与控制程序

6

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

3

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

合计

20

基本要求

完成第

（1）项

12

完成第

（2）项

10

完成第（3）项

15

完成第（4）项

13

合计

50

发挥部分

完成第

（1）项

10

完成第

（2）项

15

完成第（3）项

15

其他

10

合计

50

总分

120

滚球控制系统（B题）

一、任务

在边长为65cm光滑的正方形平板上均匀分布着9个外径3cm的圆形区域，其编号分别为1～9号，位置如图1所示。

设计一控制系统，通过控制平板的倾斜，使直径不大于2.5cm的小球能够按照指定的要求在平板上完成各种动作，并从动作开始计时并显示，单位为秒。

二、要求

1.基本部分图1平板位置分布示意图

（1）将小球放置在区域2，控制使小球在区域内停留不少于5秒。

（2）在15秒内，控制小球从区域1进入区域5，在区域5停留不少于2秒。

（3）控制小球从区域1进入区域4，在区域4停留不少于2秒；然后再进入区域5，小球在区域5停留不少于2秒。

完成以上两个动作总时间不超过20秒。

（4）在30秒内，控制小球从区域1进入区域9，且在区域9停留不少于2秒。

2.发挥部分

（1）在40秒内，控制小球从区域1出发，先后进入区域2、区域6，停止于区域

9，在区域9中停留时间不少于2秒。

（2）在40秒内，控制小球从区域A出发、先后进入区域B、区域C，停止于区域D；测试现场用键盘依次设置区域编号A、B、C、D，控制小球完成动作。

（3）小球从区域4出发，作环绕区域5的运动（不进入），运动不少于3周后停止于区域9，且保持不少于2秒。

（4）其他。

三、说明

1.系统结构要求与说明

（1）平板的长宽不得大于图1中标注尺寸；1～9号圆形区域外径为3cm，相邻两个区域中心距为20cm；1～9区域内可选择加工外径不超过3cm的凹陷；

（2）平板及1-9号圆形区域的颜色可自行决定；

（3）自行设计平板的支撑（或悬挂）结构，选择执行机构，但不得使用商品化产品；检测小球运动的方式不限；若平板机构上无自制电路，则无需密封包装，可随身携带至测试现场；

（4）平板可采用木质（细木工板、多层夹板）、金属、有机玻璃、硬塑料等材质，其表面应平滑，不得敷设其他材料，且边缘无凸起；

（5）小球需采用坚硬、均匀材质，小球直径不大于2.5cm；

（6）控制运动过程中，除自身重力、平板支撑力及摩擦力外，小球不应受到任何外力的作用。

2.测试要求与说明

（1）每项运动开始时，用手将小球放置在起始位置；

（2）运动过程中，小球进入指定区域是指小球投影与实心圆形区域有交叠；小球停留在指定区域是指小球边缘不出区域虚线界；小球进入非指定区域是指小球投影与实心圆形区域有交叠；

（3）运动中小球进入非指定区域将扣分；在指定区域未能停留指定的时间将扣分；每项动作应在限定时间内完成，超时将扣分；

（4）测试过程中，小球在规定动作完成前滑离平板视为失败；

四、评分标准

设计报告

项目

分数

系统方案

技术路线、系统结构、方案论证

3

理论分析与计算

小球检测及控制方法分析

5

电路与程序设计

电路设计与参数计算，小球运动检测及处理，

执行机构控制算法与驱动

5

测试结果

测试方法，测试数据，测试结果分析

4

设计报告结构及规范性

摘要，设计报告结构及正文图表的规范性

3

合计

20

基本要求

完成第

（1）项

10

完成第

（2）项

10

完成第（3）项

15

完成第（4）项

15

合计

发挥部分

完成第

（1）项

15

完成第

（2）项

15

完成第（3）项

10

完成第（4）项

10

合计

50

总分

120

四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）

一、任务

设计并制作四旋翼自主飞行器探测跟踪系统，包括设计制作一架四旋翼自主飞行器，飞行器上安装一向下的激光笔；制作一辆可遥控小车作为信标。

飞行器飞行和小车运行区域俯视图和立体图分别如图1和图2所示。

图1飞行区域俯视图（图中单位：

cm）

图2飞行区域立体图（图中单位：

cm）

二、要求

1.基本要求

（1）四旋翼自主飞行器（以下简称飞行器）摆放在图1所示的A区，一键式启动飞行器，起飞并在不低于1m高度悬停，5s后在A区降落并停机。

悬停期间激光笔应照射到A区内。

（2）手持飞行器靠近小车,当两者距离在0.5～1.5m范围内时，飞行器和小车发出明显声光指示。

（3）小车摆放在位置8。

飞行器摆放在A区，一键式启动飞行器，飞至小车上方且悬停5s后择地降落并停机；悬停期间激光笔应照射到位置8区内且至少照射到小车一次，飞行时间不大于30s。

2.发挥部分

（1）小车摆放在位置8。

飞行器摆放在A区，一键式启动飞行器，飞至小车上方后，用遥控器使小车到达位置2后停车，期间飞行器跟随小车飞行；小车静止5s后飞行器择地降落并停机。

飞行时间不大于30s。

（2）小车摆放在位置8。

飞行器摆放在A区，一键式启动飞行器。

用遥控器使小车依次途经位置1～9中的4个指定位置，飞行器在距小车

0.5～1.5m范围内全程跟随；小车静止5s后飞行器择地降落并停机。

飞行时间不大于90s。

（3）其他

三、评分标准

项目

主要内容

满分

设计报告

系统方案

方案描述，方案比较

3

设计与论证

控制方法描述与参数计算

5

电路与程序设

计

系统组成，原理框图与各部分电路图，

系统软件与流程图

6

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

3

设计报告结构及规范性

摘要

正文结构完整性

图标的规范性

3

合计

20

基本要求

完成

（1）

20

完成

（2）

10

完成（3）

20

合计

50

发挥部分

完成

（1）

15

完成

（2）

30

其他

5

合计

50

总分

120

四、说明：

1．参赛队所用飞行器应遵守中国民用航空局的管理规定（《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》，编号：

AP-45-AA-2017-03）。

2．飞行器桨叶旋转速度高，有危险！

请务必注意自己及他人的人身安全。

3．除小车、飞行器的飞行控制板、单一摄像功能模块外，其他功能的实现必须使用组委会统一下发的2017全国大学生电子设计竞赛RX23T开发套件中RX23TMCU板（芯片型号R5F523T5ADFM，板上有“NUEDC”标识）。

RX23TMCU板应安装于明显位置，可插拔，“NUEDC”标识易观察，以便检查。

4．四旋翼飞行器可自制或外购，带防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定为：

长度≤50cm，宽度≤50cm。

飞行器机身必须标注赛区代码。

5．遥控小车可自制或外购，外形尺寸限定为：

长度≤20cm，宽度≤15cm。

小车车身必须标注赛区代码。

6．飞行区域地面为白色；A区由直径20cm黑色实心圆和直径75cm的同心圆组成。

位置1～9由直径20cm的圆形及数字1～9组成。

位置8区是

指位置8的直径75cm同心圆。

圆及数字线宽小于0.1cm。

飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。

7．飞行过程中飞行器不得接触小车。

8．测试全程只允许更换电池一次。

9．飞行器不得遥控，飞行过程中不得人为干预。

小车由一名参赛队员使用一个遥控器控制。

小车与飞行器不得有任何有线连接。

小车遥控器可用成品。

10．飞行器飞行期间，触及地面或保护网后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地触网后5s内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成的部分仍计分。

11．一键式启动是指飞行器摆放在A区后，只允许按一个键启动。

如有飞行模式设置应在飞行器摆放在A区前完成。

12．基本要求（3）和发挥部分

（1）、

（2）中择地降落是指飞行器稳定降落于场地任意地点，避免与小车碰撞。

13．基本要求（3）和发挥部分

（1）、

（2）飞行时间超时扣分。

14．发挥部分

（1）、

（2）中飞行器跟随小车是指飞行器飞行路径应与小车运行路径一致，出现偏离酌情扣分。

飞行器飞行路径以激光笔照射地面位置为准，照射到小车车身或小车运行路径视为跟随。

15．发挥部分

（2）中指定位置由参赛队员在测试现场抽签决定。

16．为保证安全，可沿飞行区域四周架设安全网（长600cm，宽500cm，高

300cm），顶部无需架设。

若安全网采用排球网、羽毛球网时可由顶向下悬挂不必触地，不得影响视线。

安装示意图如图3所示。

图3飞行区域安全网示意图

自适应滤波器（E题）

一、任务

设计并制作一个自适应滤波器，用来滤除特定的干扰信号。

自适应滤波器工作频率为10kHz~100kHz。

其电路应用如图1所示。

图1自适应滤波器电路应用示意图

图1中，有用信号源和干扰信号源为两个独立信号源，输出信号分别为信号A和信号B，且频率不相等。

自适应滤波器根据干扰信号B的特征，采用干扰抵消等方法，滤除混合信号D中的干扰信号B，以恢复有用信号A的波形，其输出为信号E。

二、要求

1．基本要求

（1）设计一个加法器实现C=A+B，其中有用信号A和干扰信号B峰峰值均为1~2V，频率范围为10kHz~100kHz。

预留便于测量的输入输出端口。

（2）设计一个移相器，在频率范围为10kHz~100kHz的各点频上，实

现点频0°~180°手动连续可变相移。

移相器幅度放大倍数控制在

1±0.1，移相器的相频特性不做要求。

预留便于测量的输入输出端口。

（3）单独设计制作自适应滤波器，有两个输入端口，用于输入信号B和D。

有一个输出端口，用于输出信号E。

当信号A、B为正弦信号，且频率差≥100Hz时，输出信号E能够恢复信号A的波形，信号E与A的频率和幅度误差均小于10%。

滤波器对信号B的幅度衰减小于1%。

预留便于测量的输入输出端口。

2．发挥部分

（1）当信号A、B为正弦信号，且频率差≥10Hz时，自适应滤波器的输出信号E能恢复信号A的波形，信号E与A的频率和幅度误差均小于10%。

滤波器对信号B的幅度衰减小于1%。

（2）当B信号分别为三角波和方波信号，且与A信号的频率差大于等于10Hz时，自适应滤波器的输出信号E能恢复信号A的波形，信号E与A的频率和幅度误差均小于10%。

滤波器对信号B的幅度衰减小于1%。

（3）尽量减小自适应滤波器电路的响应时间，提高滤除干扰信号的速度，响应时间不大于1秒。

（4）其他。

三、说明

1．自适应滤波器电路应相对独立，除规定的3个端口外，不得与移相器等存在其他通信方式。

2．测试时，移相器信号相移角度可以在0°~180°手动调节。

3．信号E中信号B的残余电压测试方法为：

信号A、B按要求输入，滤波器正常工作后，关闭有用信号源使UA=0，此时测得的输出为残余电压UE。

滤波器对信号B的幅度衰减为UE/UB。

若滤波器不能恢复信号A的波形，该指标不测量。

4．滤波器电路的响应时间测试方法为：

在滤波器能够正常滤除信号B的情况下，关闭两个信号源。

重新加入信号B，用示波器观测E信号的电压，同时降低示波器水平扫描速度，使示波器能够观测1~2秒E信号包络幅度的变化。

测量其从加入信号B开始，至幅度衰减

1%的时间即为响应时间。

若滤波器不能恢复信号A的波形，该指标不测量。

四、评分标准

设计报告

项目

主要内容

满分

系统方案

自适应滤波器总体方案设计

4

理论分析与计算

滤波器理论分析与计算

6

电路与程序设计

总体电路图程序设计

4

测试方案与测试结

果

测试数据完整性

测试结果分析

4

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

合计

20

基本要

求

完成

（1）

6

完成

（2）

24

完成（3）

20

合计

50

发挥部分

完成

（1）

10

完成

（2）

20

完成（3）

15

其他

5

合计

50

总分

120

调幅信号处理实验电路（F题）

一、任务

设计并制作一个调幅信号处理实验电路。

其结构框图如图1所示。

输入信号为调幅度50%的AM信号。

其载波频率为250MHz~300MHz，幅度有效值Virms为10µV~1mV，调制频率为300Hz~5kHz。

低噪声放大器的输入阻抗为50Ω，中频放大器输出阻抗为50Ω，中频滤波器中心频率为10.7MHz，基带放大器输出阻抗为600Ω、负载电阻为600Ω，本振信号自制。

图1调幅信号处理实验电路结构框图

二、要求

1．基本要求

（1）中频滤波器可以采用晶体滤波器或陶瓷滤波器，其中频频率为

10.7MHz；

（2）当输入AM信号的载波频率为275MHz，调制频率在300Hz~5kHz范围内任意设定一个频率，Virms=1mV时，要求解调输出信号为Vorms=1V±0.1V的调制频率的信号，解调输出信号无明显失真；

（3）改变输入信号载波频率250MHz~300MHz，步进1MHz，并在调整本振频率后，可实现AM信号的解调功能。

2．发挥部分

（1）当输入AM信号的载波频率为275MHz，Virms在10µV~1mV之间变动时，通过自动增益控制（AGC）电路（下同），要求输出信号Vorms稳定在1V±0.1V；

（2）当输入AM信号的载波频率为250MHz~300MH（z

本振信号频率可变），

Virms在10µV~1mV之间变动，调幅度为50%时，要求输出信号Vorms稳定在

1V±0.1V；

（3）在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能降低输入AM信号的载波信号电平；

（4）在输出信号Vorms稳定在1V±0.1V的前提下，尽可能扩大输入AM信号的载波信号频率范围；

（5）其他。

三、说明

1.采用+12V单电源供电，所需其它电源电压自行转换；

2.中频放大器输出要预留测试端口TP。

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

低噪声放大器设计中频滤波器设计中频放大器设计混频器的设计

基带放大器设计程控增益的设计

8

电路与程序设计

电路设计与程序设计

4

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

4

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

合计

20

基本要求

完成第

（1）项

6

完成第

（2）项

20

完成第（3）项

24

合计

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

5

（5）其他

5

合计

50

总分

120

远程幅频特性测试装置（H题）

一、任务

设计并制作一远程幅频特性测试装置。

二、要求

1．基本要求

（1）制作一信号源。

输出频率范围：

1MHz-40MHz；步进：

1MHz，且具有自动扫描功能；负载电阻为600Ω时，输出电压峰峰值在5mV-100mV之间可调。

（2）制作一放大器。

要求输入阻抗：

600Ω；带宽：

1MHz-40MHz；增益：

40dB，要求在0-40dB连续可调；负载电阻为600Ω时，输出电压峰峰值为1V，且波形无明显失真。

（3）制作一用示波器显示的幅频特性测试装置，该幅频特性定义为信号的幅度随频率变化的规律。

在此基础上，如图1所示，利用导线将信号源、放大器、幅频特性测试装置等三部分联接起来，由幅频特性测试装置完成放大器输出信号的幅频特性测试，并在示波器上显示放大器输出信号的幅频特性。

图1远程幅频特性测试装置框图（基本部分）

2．发挥部分

（1）在电源电压为+5V时，要求放大器在负载电阻为600Ω时，输出电压有效值为1V，且波形无明显失真。

（2）如图2所示，将信号源的频率信息、放大器的输出信号利用一条1.5m长的双绞线（一根为信号传输线，一根为地线）与幅频特性测试装置联接起来，由幅频特性测试装置完成放大器输出信号的幅频特性测试，并在示波器上显示放大器输出信号的幅频特性。

图2有线信道幅频特性测试装置框图（发挥部分

（2））

（3）如图3所示，使用WiFi路由器自主搭建局域网，将信号源的频率信息、放大器的输出信号信息与笔记本电脑联接起来，由笔记本电脑完成放大器输出信号的幅频特性测试，并以曲线方式显示放大器输出信号的幅频特性。

图3WiFi信道幅频特性测试装置框图（发挥部分（3））

（4）其他。

三、说明

1.笔记本电脑和路由器自备（仅限本题）。

2.在信号源、放大器的输出端预留测试端点。

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

信号发生器电路设计放大器设计

频率特性测试仪器

8

电路与程序设计

电路设计程序设计

4

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

4

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

报告总分

20

基本要求

完成

（1）

20

完成

（2）

17

完成（3）

5

完成（4）

8

合计

50

发挥部分

完成

（1）

10

完成

（2）

20

完成（3）

15

其他

5

合计

50

作品测试总分

100

可见光室内定位装置（I题）

一、任务

设计并制作可见光室内定位装置，其构成示意图如图1所示。

参赛者自行搭建不小于80cm×80cm×80cm的立方空间（包含顶部、底部和3个侧面）。

顶部平面放置3个白光LED，其位置和角度自行设置，由LED控制电路进行控制和驱动；底部平面绘制纵横坐标线（间隔5cm），并分为A、B、C、

D、E五个区域，如图2所示。

要求在3个LED正常照明（无明显闪烁）的情况下，测量电路根据传感器检测的信号判定传感器的位置。

y（cm）

40

B

0

C

-40

x（cm）

-40

图1可见光室内定位装置示意图图2底部平面坐标区域图

二、要求

1．基本要求

（1）传感器位于B、D区域，测量电路能正确区分其位于横坐标轴的上、下区域。

（2）传感器位于C、E区域，测量电路能正确区分其位于纵坐标轴的左、右区域。

（3）传感器位于A区域，测量显示其位置坐标值，绝对误差不大于10cm。

（4）传感器位于B、C、D、E区域，测量显示其位置坐标值，绝对误差不大于10cm。

（5）测量电路LCD显示坐标值，显示分辨率为0.1cm。

2．发挥部分

（1）传感器位于底部平面任意区域，测量显示其位置坐标值，绝对误差不大于3cm。

（2）LED控制电路可由键盘输入阿拉伯数字，在正常照明和定位（误差满足基本要求（3）或（4））的情况下，测量电路能接收并显示3个LED发送的数字信息。

（3）LED控制电路外接3路音频信号源，在正常照明和定位的情况下，测量电路能从3个LED发送的语