第五届电子电路设计大赛

一、远程温湿度测量系统一、任务制作一个远程温湿度测量仪，该测试仪具有温湿度测量和远程显示等功能。其结构框图如下：二、要求1、基本要求（1）通过可编程控制器或单片机、变换器和温湿度传感器采集温湿度数据并用LED上显示；（2）温度误差1℃，湿度误差1%，温度测量范围0℃～120℃，湿度测量范围1%～99%；（3）可用电池供电；2、发挥部分（1）设计红外二极管发射电路和红外接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收；（2）设计射频发射电路和接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收；（3）最好采用微型化的温湿度传感器，无线传输距离5米；（4）采用外构发射电路和接收电路，实现温湿度数据的准确可靠发送和接收；三、评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分自制50分外购20分二、简易电能质量监测装置一．任务设计并制作一个能同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等进行测量的数字式电能质量监测装置（图C-1虚线框内电路）。为便于本试题的设计与制作，设定待测的交流输入电压100～500V，待测的交流输入电流2～10A均经由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。图C-1二．要求2.1基本部分（1）测量交流输入电压有效值。频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±1％。（2）测量交流输入电流有效值。频率：50Hz；测量范围：2～10A；准确度：±1％。（3）测量并显示有功功率P、无功功率Q、视在功率S及功率因数PF。（4）自制直流电源。2.2发挥部分（1）测量交流输入电压频率，精度为±0.5%。（2）采用LCD显示，能够同时显示一个周期的输入电压、输入电流曲线。（3）测量电压和电流的各次谐波含量以N次电压谐波含有率为例，N次谐波含有率为N次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比，电流谐波含有率计算方法同电压谐波含有率。测量至5次谐波，采用列表和百分数形式显示，测量误差＜1%。（4）各次电流谐波含有率在列表显示方式中除了能够以百分比显示外，还能够显示各次谐波的有效值。三、说明1．调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代表同一路的电流信号，移相网络自制。2．检查交流电压、交流电流有效值、电压和电流谐波时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号。3．本题目不得采用电能计量专用芯片实现。四．评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分全部4项50分第1项5分第2项15分第3、4项30分三、太阳能楼道感应延迟照明灯控制设计一、任务设计并制作一个以太阳能为电能源的楼道LED路灯照明装置。该装置以太阳能为能源，铅酸蓄电池为蓄能部件和相关电路工作的电源。实现有人过往时路灯的自动点亮，之后，延时60秒关断，LED路灯在白天关闭、夜间可开启。采用双电源供电，即在太阳能供电不足情况下自动转为交流220伏供电。二、要求基本要求（1）设计并制作太阳能光伏板对电池的充电装置。（2）设计并制作以电池为电源的LED路灯节能照明装置。（3）设计并制作以太阳能光伏板为传感器的光控电路，控制LED灯在白天关闭、夜间开启。2、发挥部分（1）给蓄电池加上充、放电保护装置。防止过充电和过放电。（2）给声控电路增加避免瞬时噪声（如夜间雷电、过往车辆鸣笛等）引起误动作的功能电路。（3）采取各种措施降低蓄电池的工作电流，延长电池工作时间。（4）采用双电源供电，即在太阳能供电不足情况下自动转为交流220伏供电。三、说明1、推荐选用6V，2AH铅酸蓄电池。2、基于上述蓄电池，建议太阳能光伏板的参数为：峰值电压8.5V、峰值电流310mA、峰值功率2.5W。四、评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分全部完成50分完成1、2项各15分完成3、4项各10分四、运水机器人一．任务如图B-1所示,有A、B、C三个区，A区为给水区，有给水装置（简称A容器），B区为输送线路，C区为存水区，有存水装置（简称C容器）。在比赛开始时A容器装一定量的水，容器大小、水量及放置方式任意；B区有一条黑色引导线，引导线两端有两条与引导线垂直的黑色边界线，线宽不大于20mm；其尺寸如图B-2所示。C容器的形状、容量及放置方式在固定底板上自定，口径不得大于100mm，比赛开始把C容器清空。设计一套自动送水机器人系统，由送水机器人（以下简称小车）将水从A区通过B区运至C区。该系统包括A区的自动（或手动）给水装置；往返于A、C区之间的小车；C区存水装置；固定底板。图B-1参考图（单位：mm）A开始端线停止端线5002502000C图B-2线路图（单位：mm）二．要求2．1基本要求（1）小车能完成运水和自动贮水功能。（2）小车可显示运水量和运水时间。（3）小车上的贮水器水溢出时有自动报警功能。（4）在1分钟内运送尽可能多的水。（5）小车及安放的运水容器总垂直高度不得超过300mm，小车上的储水装置容量小于等于600ml,口径小于100mm。小车所载的水卸到C容器采用自动贮水。2．2发挥部分（1）A区给水采用自动方式完成。（2）小车在1分钟内完成100ml定量自动取水、送水和贮水，误差＜5%。（3）小车在尽可能短的时间内，完成1000ml自动取水，送水和贮水，误差＜5%。（4）小车在1分钟内运送100ml水时必须绕过D障碍物（放置在B区，距黑色引导线5cm的任意一点，直径为5cm，高度10cm的黑色园柱体）。（5）其它特色与创新。三、说明小车运行过程中不得人工参与，小车要自备电源，不得有任何外部引线。四．评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分50分五、宽带前置放大电路一．任务设计一个前置放大电路，使其在较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特性。电路包括输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等环节，采用单端输入单端输出方式实现信号变换，电路方框如图A-1所示。图A-1二．要求2．1基本要求（1）输入阻抗：直流输入阻抗50Ω和1MΩ可选，允许误差2%。（2）输入过载能力：50Ω阻抗可承受5V输入过载，1MΩ阻抗可承受36V输入过载，过载时间不低于1分钟。（3）直流零点：输入短路时，电路输出直流电压偏离零点在2mV范围内。（4）大信号1倍放大宽带特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～10MHz，在1MΩ输入阻抗条件下测试，示波器监视无明显失真。（5）大信号衰减10倍带宽特性：输入峰值为5V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～10MHz，在1MΩ输入阻抗条件下测试，示波器监视无明显失真。(6)用单片机和显示装置显示输入信号频率。2．2发挥部分（1）10倍放大带宽特性：输入峰值为0.1V的正弦信号，放大10倍，电路的工作带宽为DC～10MHz，示波器监视无明显失真。输入输出输入阻抗匹配单元无源衰减网络有源放大电路单片机及显示装置（2）大信号1倍放大扩展宽带特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～35MHz。（3）输入峰值为0.1V正弦，设置衰减10倍，再放大10倍，电路工作带宽为DC～35MHz，输出信号的幅度过冲可控制在理论输出值的10%内。（4）在（2）的条件下，输出阻抗尽可能小。（5）特色创新。三、说明1．该电路要求选用三个以上TI公司的器件（单片机和模拟器件）。2．基本部分在放大电路负载开路的条件下测试。发挥部分在放大电路带1kΩ电阻负载下测试。3．有源放大电路采用正负5V电源，电源可由外部直接提供。4．状态的选择可由手动开关实现，禁止输入输出端直通短接。5．电路中设置有必要的测试点。四．评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分50分六、铁轨的倾角和间距测量装置一、任务设计并制作一种可对两条铁轨之间的宽度和高度差进行测量的装置。二、要求基本要求（1）、宽度测量范围：150±20毫米（样机制作宽度为50MM），宽度测量误差小于1毫米。（2）、倾角测量范围0――30度，测量误差小于0.1度。（3）、可实现运动中测量，即有两个小轮在轨道上运行，实现快速测量，运行速度0.1M/S。（4）、具有数显功能。提高部分（1）、可实现对测量数据的存储和读出，具有微打或USB接口。（2）、可记录轨道误差点和原点（可设定）的距离，测量中出现超差时有声音提示。（3）、提高测量精度：宽度测量误差小于0.5毫米，倾角测量误差小于0.06度。（4）、提高测量速度。三、说明（1）、轨道可用木条制作，宽度为50毫米，内侧面可贴铝片，长度为2米。（或根据设计制作）四．评分标准内容得分设计报告20分基本部分50分发挥部分完成微打接口10分完成USB接口15分完成（2）功能10分完成（3、4）功能15分