江西省2011年大學(xué)生電子設(shè)計自選賽賽題

江西省2011年大學(xué)生電子設(shè)計自選賽賽題
五個賽題本、?？仆ㄓ?，由參賽隊自選其中一道題，寫出設(shè)計報告和制作完成作品。
一、車載正弦波逆變電源
1、任務(wù)
設(shè)計并制作如下圖所示的車載正弦波逆變電源，圖中車載電池部分采用實驗室可調(diào)直流穩(wěn)壓電源來模擬。

2、基本要求
制作車載正弦波逆變電源，輸入電壓DC12V±3V，輸出220V/50Hz正弦波。實現(xiàn)：
（1）滿載輸出功率50W，效率?不小于80%，輸出電壓波形失真度低于5%；（20分）
（2）當(dāng)輸入電壓為9V～15V時，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于1%；（10分）
（3）當(dāng)負載從空載到滿載變化時，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于5%；（10分）?
（4）具備輸入過壓（大于15V）和欠壓（小于9V）保護、輸出過流（I0大于0.23A）和負載短路保護等功能，當(dāng)故障解除后，能自動恢復(fù)正常工作；（10分）
3、發(fā)揮部分
（1）能手動調(diào)節(jié)正弦波的輸出電壓在220V與110V間、輸出頻率在50Hz與60Hz間任意更換，以適應(yīng)不同的交流用電器；（10分）
（2）滿載時進一步提高效率，使?大于85%；（10分）
（3）負載為感性時，輸出電壓波形失真度低于5%；（10分）
（4）當(dāng)負載從空載到滿載變化時，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于3%；（10分）
（5）其他。（10分）
4、說明
（1）不能使用UPS或其它成品電源改制，不能使用電源模塊；
（2）除車載電池部分輸入外，不能使用其它輔助電源；本題中逆變電源效率?=PO/ PIN，其中PIN＝UIN*IIN，PO＝UO*IO*PF（PIN可通過電流、電壓的測量值計算，PO用可以測量有功功率的電能表進行測試）；
（3）本題中只有在作發(fā)揮部分第（3）項測試時為感性負載（可接半滿功率電動機），其它項測試時均為純阻性負載；
（4）電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長的時間（測試期間，不能出現(xiàn)過熱等故障）；
（5）設(shè)計報告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果，而完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出；
在調(diào)試過程中，要注意安全。

二、乒乓球游戲機

?1、任務(wù)
要求用FPGA平臺構(gòu)造一個乒乓球游戲機。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，F(xiàn)PGA通過兩條I/O信號輸出兩組脈寬調(diào)制波，經(jīng)過低通濾波器提取脈寬調(diào)制的均值電壓，輸入到雙通道示波器中。示波器工作在X/Y模式。示波器屏幕上的光點代表乒乓球。乒乓球在X/Y電壓的控制下在屏幕上移動。
2、基本要求：
1）、構(gòu)造兩組無源低通濾波器，使得FPGA可以用脈寬調(diào)制方式控制球的位置；(20分)
2）、用給定的運放(LM324)制作一放大器，使光點運動范圍在示波器的X軸，Y軸方向上可調(diào)；(20分)
3）、乒乓球可按拋物線自動在屏幕上左右彈射，球的落點為屏幕兩側(cè)邊的中間。(10分)
3、擴展要求：
1）、使用兩個按鈕分別作為左側(cè)擊球鈕和右側(cè)擊球鈕。當(dāng)乒乓球靠近屏幕左邊時按下左側(cè)擊球鈕，可將球擊回右側(cè)。右側(cè)擊球鈕亦然；(10分)
2）、建立成敗機制，即球抵達邊沿而未按下?lián)羟蜮o，記為擊球失敗，用LED燈光表示；(5分)
3）、建立記分機制，在七段數(shù)碼管上顯示雙方得分；(10分)
4）、特殊功能，在不調(diào)整放大器的情況下，連按兩下?lián)羟蜮o能擊出高拋球，軌跡拋物線曲率變大；(10分)
5）、在人眼能分辨的前提下，球的運動速率可以調(diào)節(jié)。(10分)

三、噪聲測量儀
1．任務(wù)：
?? 設(shè)計制作一個測量噪聲的裝置，使該裝置能測試出周圍環(huán)境噪聲的分貝值。
2．基本要求：?
1）.能測量固定聲源的分貝值，測量范圍達到40～70dB。（20分）
2）.分辨率：0.5dB。（10分）
3）.頻率范圍：300～8000Hz 。（10分）
4）.具有顯示噪聲分貝值的功能；（10分）
?3.? 發(fā)揮部分：
1）?.提高測量分辨率為0.1dB；（10分）
2）?有超限報警功能，并且報警值可以設(shè)定；（10分）
3）?具有分段測試功能，低分貝測試段和高分貝測試段。(15分)
4）?測量范圍達到40～100dB。（10分）
5）?其他。（5分）

四、波形發(fā)生器
1、任務(wù)
設(shè)計并制作一臺信號發(fā)生器，使之能產(chǎn)生正弦波、方波。
2、基本要求
1）.信號發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波；（10分）
2）.輸出信號頻率在100Hz～100kHz范圍內(nèi)可調(diào)；（10分）
3）.在1k?負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內(nèi)可調(diào)；（10分）
4）.輸出信號波形無明顯失真；頻率穩(wěn)定度：10-4（10分）
5）.可實時顯示輸出信號的類型、幅度、頻率和頻率步進值；（10分）
3、發(fā)揮部分
（1）將輸出信號頻率范圍擴展為1Hz～1MHz，輸出信號頻率步進間隔最小為1Hz；輸出信號頻率值可通過鍵盤進行設(shè)置；（20分）
（2）能產(chǎn)生雙路信號，雙路信號間相位可調(diào)。（10分）
（3）在50?負載條件下，輸出正弦波信號的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)步進間隔為0.1V，輸出信號的電壓值可通過鍵盤進行設(shè)置；（10分）
（4）其他。（10分）

五、雙軌移動平臺
賽題背景及競賽目的：
在加工制造業(yè)，工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線作業(yè)，實現(xiàn)各種零部件加工、裝配過程。本題以一個簡單的機器人作業(yè)過程綜合考察參賽選手對制造工藝流程管理及自動配給、裝配技術(shù)的理解，并著重考察運動控制方面的能力。
1、任務(wù)
設(shè)計一小車，使小車能將車上的乒乓球精準的放到導(dǎo)軌的孔洞里。
軌道的結(jié)構(gòu)：中間有六個孔洞（右側(cè)第一個洞口為出發(fā)校準口，比賽開始前參賽隊員需將小車上的放置孔與之對齊），洞之間的中心距為20cm，洞的直徑最大為6cm；小車模型橫跨在導(dǎo)軌上，并且小車上部是一個放小球的漏斗，如下圖。（導(dǎo)軌自己制作）
?
2、基本要求

?每個洞口接相對應(yīng)的指示燈，保證在led燈亮的時候乒乓球掉入洞內(nèi)，其它視為無效。（按照功能板上LED輸出的標志，把六個指示燈接好，每個洞口放置一個LED等，如上圖所示）???? 比賽過程：洞孔上方紅色指示燈依次亮起熄滅，同一時間只有一盞燈亮，并且從右第一個至左，且燈保持開的狀態(tài)是2S，2S之后燈熄滅，等待5S之后下一盞燈亮起，且保持2S。小車初始位置在移動平臺最右端。
（1）小車在洞孔上方，開始信號后，孔洞上的燈點亮；小車在2秒內(nèi)將乒乓球放入孔洞；（20分）
（2）小車運行到下一位置并將球放入第二個洞里；不能連續(xù)向同一孔洞放入2個球；（10分）
（3）小車能從右側(cè)第2個孔洞運行到最左側(cè)，并能將其余4個球全部放到相應(yīng)孔洞；（20分）
3、發(fā)揮部分
比賽過程：洞孔上方紅色指示燈依次亮起熄滅，同一時間只有一盞燈亮，并且從左第一個至右，且燈保持開的狀態(tài)是1S，1S之后燈熄滅，等待2S之后下一盞燈亮起，且保持1S。小車初始位置放置在移動平臺最右端。
（1）小車從右側(cè)啟動3秒后，最左側(cè)的指示燈亮；小車能在4秒內(nèi)從最右側(cè)運行到最左側(cè)，并將球準確放到最左側(cè)的孔洞里；（20分）
（2）小車運行到左側(cè)第二個洞上方并將球放入；不能連續(xù)向同一孔洞放入2個球；（5分）
(3) 然后小車能依次從左側(cè)運行到右側(cè)，將其余4個球放到相應(yīng)孔洞；（20分）
（4）其他；（5分）
4、說明
1.比賽開始前所有參賽隊伍需將小車放置于競賽臺面最右側(cè)，并且保證乒乓球放置孔與右邊第一個孔對齊，作為初始起點。（裁判員檢查如發(fā)現(xiàn)偏差明顯靠左視為蓄意搶跑，取消成績）。
2.裁判下令比賽開始后，所有比賽平臺將開始進行時間計時并開始循環(huán)執(zhí)行預(yù)定任務(wù)并在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前計時。此時參賽隊員應(yīng)啟動小車開始比賽，10S內(nèi)未啟動隊伍視為自動棄權(quán)。
3.成功放入小球或放置任務(wù)失敗之后，參賽隊員方可重新往運動中的小車裝載一個小球，繼續(xù)比賽。（禁止該過程中參賽隊員身體接觸小車，如發(fā)生參賽隊員強行手動調(diào)整小車位置情況，取消資格）
注意：
乒乓球在平臺左側(cè)可取，建議兩名隊員配合進行裝載（必須在小球放入孔內(nèi)或者小球放入孔內(nèi)失敗之后隊員才可拿取乒乓球）。