西科大電子競(jìng)賽訓(xùn)練題

1、這周競(jìng)賽訓(xùn)練題（20140719）共有7題，其中控制類3題（1-3），信號(hào)類2題（4-5），電源類2題（6-7），考慮到學(xué)生的前期準(zhǔn)備的內(nèi)容不一樣，題目難度有所差別，請(qǐng)各組學(xué)生根據(jù)自己的情況選擇作為下一周的訓(xùn)練，也可以從上期的訓(xùn)練題中選擇（設(shè)計(jì)和測(cè)試作品注意人身安全，尤其是電源類題目）！1.聲音定位系統(tǒng)一、任務(wù) 設(shè)計(jì)一套聲音定位系統(tǒng)。在一塊不大于1m2的平板上貼一張500mm×350mm的坐標(biāo)紙，在其四角外側(cè)分別固定安裝一個(gè)聲音接收模塊，聲音接收模塊通過(guò)導(dǎo)線將聲音信號(hào)傳輸?shù)叫畔⑻幚砟K，聲音定位系統(tǒng)根據(jù)聲響模塊通過(guò)空氣傳播到各聲音接收模塊的聲音信號(hào)，判定聲響模塊所在的位置坐標(biāo)。系統(tǒng)結(jié)

2、構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1 聲音定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖二、要求1. 基本要求(1) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)聲響模塊，含信號(hào)產(chǎn)生電路、放大電路和微型揚(yáng)聲器等，每按鍵一次發(fā)聲一次，聲音信號(hào)的基波頻率為500Hz左右，聲音持續(xù)時(shí)間約為1s。要求聲響模塊采用3V以下電池供電，功耗不大于200mW。(2) 設(shè)計(jì)制作四路聲音接收模塊，由麥克風(fēng)、放大電路等組成，并分別與信息處理模塊相連接，以便將頻率為500Hz左右的信號(hào)傳送至信息處理模塊。(3) 設(shè)計(jì)制作一個(gè)信息處理模塊，要求該模塊能根據(jù)從聲音接收模塊傳來(lái)的信號(hào)判斷聲響模塊所在位置的x、y坐標(biāo)，并以數(shù)字形式顯示x、y坐標(biāo)值，位置坐標(biāo)值誤差的絕對(duì)值不大于30mm。2. 發(fā)揮

3、部分(1) 改善接收信號(hào)的放大電路性能，改進(jìn)算法，進(jìn)一步提高定位精度。(2) 控制聲響模塊以不間斷的連續(xù)周期波的形式發(fā)出聲音信號(hào)，其基波頻率為500Hz左右。當(dāng)聲響模塊在坐標(biāo)紙上移動(dòng)時(shí)，聲音定位系統(tǒng)能連續(xù)跟蹤顯示聲響模塊的x、y坐標(biāo)值，隨機(jī)停止聲響模塊的移動(dòng)，能立即穩(wěn)定地顯示聲響模塊的x、y坐標(biāo)值，誤差的絕對(duì)值不大于10mm。(3) 具有顯示聲響模塊移動(dòng)軌跡的功能。當(dāng)聲響模塊在坐標(biāo)紙上按指定路徑移動(dòng)時(shí)，液晶顯示屏能動(dòng)態(tài)顯示聲響模塊移動(dòng)的軌跡，顯示的軌跡與聲響模塊移動(dòng)的路徑一致。(4) 其它。三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng) 目主要內(nèi)容滿分系統(tǒng)方案聲音定位系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2理論分析與計(jì)算聲響模塊分析、計(jì)算

4、聲音接收放大器分析、計(jì)算數(shù)據(jù)處理原理分析、計(jì)算5電路與程序設(shè)計(jì)聲響模塊電路設(shè)計(jì)聲音接收放大器電路設(shè)計(jì)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理電路設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)及其流程圖8測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試方法與儀器測(cè)試數(shù)據(jù)完整性測(cè)試結(jié)果分析3設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu)圖表的規(guī)范性2總分20基本要求實(shí)際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項(xiàng)12完成第（2）項(xiàng)完成第（3）項(xiàng)其它10總分50四、說(shuō)明(1) 必須預(yù)留信號(hào)的測(cè)試點(diǎn)。(2) 采用三個(gè)聲音接收模塊即可實(shí)現(xiàn)定位，第四個(gè)模塊可對(duì)定位作進(jìn)一步校正。(3) 不允許聲響模塊與其他電路有任何連接，并要求在聲響模塊上做出明顯標(biāo)記，以便清晰判讀模塊所在坐標(biāo)數(shù)值。(4) 聲響模塊移

5、動(dòng)軌跡的顯示要求采用分辨率不低于128×64的液晶顯示屏。(5) 注意聲音通過(guò)其它傳播介質(zhì)帶來(lái)的影響。2.運(yùn)動(dòng)球體識(shí)別裝置一、任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)運(yùn)動(dòng)球體識(shí)別裝置，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)球體直徑和材質(zhì)的檢測(cè)、顯示和語(yǔ)音播報(bào)等功能，其結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。球體跑道檢測(cè)端B端A端傳感器語(yǔ)音播報(bào)單片機(jī)鍵 盤顯 示二、要求1基本要求（1）具有運(yùn)動(dòng)球體直徑、體積、A端到B端運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、累計(jì)個(gè)數(shù)的顯示功能；（2）具有運(yùn)動(dòng)球體直徑、體積、A端到B端運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、累計(jì)個(gè)數(shù)的語(yǔ)音播報(bào)；（3）直徑測(cè)量誤差0.5cm；（4）具有運(yùn)動(dòng)方向（AB或BA）顯示功能。（5）能識(shí)別三種不同直徑（10D40mm）類型的運(yùn)動(dòng)球體。2發(fā)揮部分

6、（1）具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)自動(dòng)回放打印功能；（2）直徑測(cè)量誤差0.2cm；（3） 對(duì)運(yùn)動(dòng)球體具有可雙方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的檢測(cè)功能，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)球體運(yùn)動(dòng)個(gè)數(shù)扣除；（4）具有運(yùn)動(dòng)球體材質(zhì)檢測(cè)功能（金屬或非金屬）；（5）創(chuàng)新性。三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目滿分基本要求設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告：方案比較、設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件，測(cè)試方法與儀器，測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析。50完成第（1）項(xiàng)10完成第（2）項(xiàng)10完成第（3）項(xiàng)10完成第（4）項(xiàng)實(shí)際制作完成情況（包括工藝結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性）10完成第（5）項(xiàng)10發(fā)揮部分完成第（1）項(xiàng)10完成第（2）項(xiàng)10完成第（3）項(xiàng)10完成第（4）項(xiàng)10創(chuàng)新性10總分150四、說(shuō)明1球

7、體直徑范圍10-40mm；2檢測(cè)閘口采用水平放置，長(zhǎng)度為1000mm；3單球通過(guò)的時(shí)間不大于10秒鐘；4不能采用圖像處理方式。3便攜式脈搏測(cè)試儀一、任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)便攜式人體脈搏測(cè)試儀，該測(cè)試儀采用紅光或紅外光發(fā)射接收技術(shù)，從人體手指或耳垂處采樣獲取脈搏信息，并能實(shí)時(shí)顯示被測(cè)者每分鐘的脈搏數(shù)。其系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中A、B為2處信號(hào)觀測(cè)點(diǎn)用于作品評(píng)測(cè)。圖1 脈搏測(cè)試儀系統(tǒng)方框圖二、要求1、基本要求（1） 設(shè)計(jì)制作光電脈搏探頭，發(fā)射紅外光或紅光作為探測(cè)信號(hào)，照射到指尖等人體組織后，接收其透射或反射信號(hào)。（2） 設(shè)計(jì)制作脈搏信號(hào)調(diào)理電路與信息處理電路，測(cè)量并顯示被測(cè)人每分鐘脈搏次數(shù)，以醫(yī)學(xué)儀器

8、產(chǎn)品同時(shí)測(cè)量值為對(duì)照，測(cè)量誤差不大于±3次。（3） 測(cè)試儀必須采用3.6V電池供電，并盡量降低待機(jī)電流與工作電流。作品應(yīng)留有電池供電電流測(cè)試點(diǎn)以便評(píng)測(cè)時(shí)測(cè)量功耗。（4） 測(cè)試儀能在白天室內(nèi)日常亮度環(huán)境下正常工作。（5） 測(cè)試儀在測(cè)量狀態(tài)時(shí)，能在光電探頭達(dá)到合適測(cè)試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)測(cè)量，1分鐘完成測(cè)量后自動(dòng)待機(jī)，直至撤離探頭并再次達(dá)到測(cè)試部位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)下一次測(cè)量。 2、發(fā)揮部分（1） 可預(yù)置脈搏次數(shù)上下告警門限，當(dāng)脈搏次數(shù)測(cè)量值超出告警限時(shí)，測(cè)試儀告警。 （2） 可將測(cè)試儀設(shè)置為監(jiān)護(hù)狀態(tài)或回放狀態(tài)。在監(jiān)護(hù)狀態(tài)，測(cè)試儀進(jìn)行定時(shí)、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量并保存測(cè)量數(shù)據(jù)，在回放狀態(tài)，回放所保存測(cè)量數(shù)據(jù)。

9、記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)包括其測(cè)量時(shí)間。（3） 可在不小于128×64點(diǎn)陣的屏幕上實(shí)現(xiàn)光電脈搏信號(hào)波形動(dòng)態(tài)顯示。（4） 其它。三、 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng) 目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)方案比較與選擇方案描述系統(tǒng)總體方框圖3理論分析與計(jì)算光電發(fā)射接收參數(shù)分析與計(jì)算脈搏信號(hào)參數(shù)分析信息采樣與處理參數(shù)分析與計(jì)算波形顯示參數(shù)分析與計(jì)算6電路與程序設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)調(diào)理電路設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)6測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試方案、條件及儀器測(cè)試結(jié)果完整性測(cè)試結(jié)果分析3設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu)圖表的規(guī)范性2總分20基本要求實(shí)際制作50發(fā)揮部分完成第（1）項(xiàng)15完成第（2）項(xiàng)15完成第（3）項(xiàng)10其他10總分50四、說(shuō)

10、明1.本題只能使用一個(gè)控制器，并指定使用LaunchPad MSP430 單片機(jī)開發(fā)板。2. 不允許使用光電發(fā)射接收器一體化成品。3. 光電脈搏檢測(cè)的基本原理是：隨著心臟的搏動(dòng)，人體組織半透明度隨之 改變。當(dāng)血液送到人體組織時(shí)，組織的半透明度減??；當(dāng)血液流回心臟，組織的半透明度增大，這種現(xiàn)象在人體組織較薄的手指尖、耳垂等部位最為明顯。利用波長(zhǎng)600-1000nm的紅光或紅外發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線照射到人體的手指尖、耳垂等部位，用裝在該部位另一側(cè)或同側(cè)旁邊的光電接收管來(lái)檢測(cè)機(jī)體組織的透明程度，即可將搏動(dòng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。4.微弱信號(hào)檢測(cè)裝置一、任務(wù)正弦波信號(hào)源微弱信號(hào)檢測(cè)電路噪聲源VS VN VC

11、 Vo 純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)顯示電路加法器Vi A B C D E 設(shè)計(jì)并制作一套微弱信號(hào)檢測(cè)裝置，用以檢測(cè)在強(qiáng)噪聲背景下已知頻率的微弱正弦波信號(hào)的幅度值，并數(shù)字顯示出該幅度值。為便于測(cè)評(píng)比較，統(tǒng)一規(guī)定顯示峰值。整個(gè)系統(tǒng)的示意圖如圖1所示。正弦波信號(hào)源可以由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器來(lái)代替。噪聲源采用給定的標(biāo)準(zhǔn)噪聲（wav文件）來(lái)產(chǎn)生，通過(guò)PC機(jī)的音頻播放器或MP3播放噪聲文件，從音頻輸出端口獲得噪聲源，噪聲幅度通過(guò)調(diào)節(jié)播放器的音量來(lái)進(jìn)行控制。圖中A、B、C、D和E分別為五個(gè)測(cè)試端點(diǎn)。圖1 微弱信號(hào)檢測(cè)裝置示意圖二、要求1. 基本要求（1）噪聲源輸出VN的均方根電壓值固定為1V±0.1V；加法器的輸出

12、VC =VS+VN，帶寬大于1MHz；純電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的衰減系數(shù)不低于100。（2）微弱信號(hào)檢測(cè)電路的輸入阻抗Ri1 MW。（3）當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS 的頻率為1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范圍內(nèi)時(shí)，檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超過(guò)5%。2. 發(fā)揮部分（1）當(dāng)輸入正弦波信號(hào)VS 的幅度峰峰值在20mV 2V范圍內(nèi)時(shí)， 檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超過(guò)5%。（2）擴(kuò)展被測(cè)信號(hào)VS的頻率范圍，當(dāng)信號(hào)的頻率在500Hz 2kHz范圍內(nèi)，檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值，要求誤差不超過(guò)5%。（3）進(jìn)一步提高檢測(cè)精度，使檢測(cè)誤差不超過(guò)2%。（4）其它（例如，進(jìn)一步降低VS 的

13、幅度等）。三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng) 目滿分方案論證5理論分析與計(jì)算4電路設(shè)計(jì)6測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果3設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性2總分20基本要求實(shí)際制作完成情況50發(fā)揮部分完成第（1）項(xiàng)13完成第（2）項(xiàng)12完成第（3）項(xiàng)15其它10總分50四、說(shuō)明1. 本題必須使用TI 的Launchpad（MSP430小開發(fā)板）來(lái)完成。2. 微弱信號(hào)檢測(cè)電路要求采用模擬方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的微弱信號(hào)檢測(cè)方法有：濾波，鎖相放大，取樣積分等（僅供參考）。3. 為便于各個(gè)模塊的測(cè)試，所有測(cè)試端點(diǎn)（AE）應(yīng)做成跳線連接方式。4. 檢測(cè)并顯示正弦波信號(hào)的幅度值是指輸入正弦波信號(hào)VS 的幅度（即峰值）。5. 賽區(qū)測(cè)評(píng)時(shí)，應(yīng)固定使用

14、某一裝置（PC機(jī)或MP3）來(lái)產(chǎn)生噪聲源，所有作品均應(yīng)采用該噪聲源進(jìn)行測(cè)試。5.單相正弦波移相器一、任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)輸入信號(hào)頻率可調(diào)，峰值范圍為0.1V1V的正弦波移相器，使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的相位差在0°180°之間任意可調(diào)。其結(jié)構(gòu)圖如圖所示:二、要求1、基本要求當(dāng)輸入信號(hào)頻率為1kHz時(shí)，滿足以下各項(xiàng)要求：（1）輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差在0°180°之間可任意調(diào)解；（2）輸入信號(hào)峰值在0.1V1V范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出信號(hào)峰值也按相同趨勢(shì)變化。輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的頻率變化小于10，幅值變化小于10；（3）輸出信號(hào)失真度小于20；（4）相位差分辨率優(yōu)于5；（

15、5）顯示輸出與輸入信號(hào)的相位差。2、發(fā)揮部分（1）輸入信號(hào)在0.5kHz3kHz之間調(diào)節(jié)時(shí)，可在0°180°間移相；（2）輸入信號(hào)在0.5kHz3kHz之間調(diào)節(jié)時(shí)，幅值變化小于10；（3）相位調(diào)節(jié)分辨率優(yōu)于1；（4）具有斷電存儲(chǔ)功能，下次開啟能顯示上次的相位值；（5）輸出信號(hào)的失真小于10。三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目滿分基本要求設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告：方案比較、設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件，測(cè)試方法與儀器，測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析。50完成第（1）項(xiàng)10完成第（2）項(xiàng)10完成第（3）項(xiàng)10完成第（4）項(xiàng)10完成第（5）項(xiàng)10發(fā)揮部分完成第（1）項(xiàng)10完成第（2）項(xiàng)10完成第

16、（3）項(xiàng)10完成第（4）項(xiàng)10完成第（5）項(xiàng)10總分150四、說(shuō)明不允許使用成品DDS芯片。6.單相AC-DC變換電路三、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)四、說(shuō)明7.單相交流可控變換電源一、任務(wù) 采用可控整流-濾波-逆變的電路結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)一個(gè)單相交流輸入電壓可調(diào)，在阻抗負(fù)載變化時(shí)，能維持逆變輸出交流電壓穩(wěn)定的一個(gè)可控變換電源系統(tǒng)。電源變壓器可采用單相自耦變壓器，變換電源容量在500-1kw范圍內(nèi)，負(fù)載電阻R=200，可顯示逆變輸出電壓有效值。系統(tǒng)組成原理如圖1所示。圖1 原理示意圖二、要求1基本要求（1）當(dāng)U1=110V，負(fù)載阻抗Z=0時(shí)，輸出電壓U0應(yīng)維持在100V（f=50Hz），誤差小于5%。（2）當(dāng)U1=1

17、10V，負(fù)載阻抗Z對(duì)應(yīng)電感L=20-30mH時(shí)，輸出電壓U0應(yīng)維持在100V（f=50Hz），誤差小于5%。（3）當(dāng)U1=110V，負(fù)載阻抗Z對(duì)應(yīng)電容C=250-350µf時(shí)，輸出電壓U0應(yīng)維持在100V（f=50Hz），誤差小于5%。（4）當(dāng)負(fù)載阻抗Z對(duì)應(yīng)電感L=20-30mH時(shí)，輸入電壓U1在110-60V范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓U0應(yīng)維持在50V（f=50Hz），誤差小于5%。（5）當(dāng)負(fù)載阻抗Z對(duì)應(yīng)電感L=20-30mH，U1=110V時(shí)，使輸出電壓U0維持在50V，且頻率f=60Hz，誤差小于5%。2發(fā)揮部分（1）對(duì)基本要求中的第（1），（2）和（3）項(xiàng)控制誤差小于3%。（2）對(duì)基本要求中的第（4）項(xiàng)控制誤差小于3%。（3）對(duì)基本要求中的第（4）項(xiàng)，輸出電壓和電流波形無(wú)明顯畸變，且輸出功率因數(shù)cos>0.98。（4）當(dāng)U1=110V，由上述阻值的R、L和C串聯(lián)組成負(fù)載，輸出電