2014遼寧省TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題

共2頁，C-PAGE42014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題B題：金屬物體探測定位器任務(wù)設(shè)計并制作一個可自主移動的金屬物體探測定位器（以下簡稱探測器），可探測置于玻璃板下的金屬物體并給出定位指示。該探測器需采用TI公司LDC1000電感/數(shù)字轉(zhuǎn)換器評估板（AY-LDC1000）作為金屬物體探頭，探頭上應(yīng)有定位指針，以給出明顯定位指示。探頭可在水平放置的玻璃板上移動。用直徑Φ2（mm）的鐵絲圍成約50cm×50cm的正方形閉合框作為探測區(qū)邊界置于玻璃板下，示意圖見圖1。玻璃板下玻璃板下鐵絲方框玻璃板下金屬物體圖1金屬物體探測環(huán)境示意圖無色透明普通玻璃板或有機玻璃板探頭進(jìn)入?yún)^(qū)50cm×要求在探測區(qū)域內(nèi)某處（距探測邊界≥5cm）玻璃下放置一枚直徑約19mm的鍍鎳鋼芯1角硬幣（第五套人民幣的1角硬幣）。探頭能從“探頭進(jìn)入?yún)^(qū)”一側(cè)任意指定位置和方向自行進(jìn)入探測區(qū)（鐵絲框包圍區(qū)域）。通過探測，定位指針應(yīng)指在硬幣邊沿之內(nèi)，探測定位速度越快越好，且探測定位總時間應(yīng)不超過2分鐘。完成定位時給出聲-光指示，此后探頭不得再移動。（30分）將1角硬幣更換成直徑約25mm的鍍鎳鋼芯1元硬幣（第五套人民幣1元硬幣），重復(fù)要求（1）的探測過程。定位完成后，定位指針與硬幣圓心之間的定位誤差應(yīng)控制在5mm以；探測定位速度越快越好，探測定位總時間不應(yīng)超過2分鐘。完成定位時給出聲-光指示，此后探頭不得再移動。將硬幣改為自制圓鐵環(huán)（用Φ2鐵絲繞制），鐵環(huán)外直徑4cm。重復(fù)要求（1）的探測過程，應(yīng)使定位指針盡可能指向鐵環(huán)圓心，定位誤差應(yīng)控制在5mm以內(nèi)；完成定位時給出聲-光指示，此后探頭不得再移動，探測定位總時間應(yīng)不超過3其他自主發(fā)揮功能。（10分）設(shè)計報告。（20分）項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、方案比較與選擇4理論分析與計算探測器組成方案與工作原理分析、檢測與控制算法6電路與程序設(shè)計電路設(shè)計，程序結(jié)構(gòu)與設(shè)計5測試方案與測試結(jié)果測試結(jié)果及分析3設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要，設(shè)計報告正文的結(jié)構(gòu)，公式、圖表的規(guī)范性2總分20說明金屬物體探測定位裝置探頭采用AY-LDC1000板（由TI公司提供），可直接用AY-LDC1000板上的覆銅線圈，也可自制線圈；不得安裝其他傳感與攝像裝置。探測開始后，不得手動或遙控探測器。玻璃板可采用普通無色玻璃（玻璃邊沿需貼上膠帶以防劃傷），也可用無色透明有機玻璃板；玻璃板長寬尺寸應(yīng)大于50cm、厚度約3mm探頭從“探頭進(jìn)入?yún)^(qū)”一側(cè)進(jìn)入時探頭的起始位置和擺放方向，以及探測區(qū)域內(nèi)的被測金屬物體擺放位置均由測試專家在現(xiàn)場指定。2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽D題：帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器1．任務(wù)基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1，設(shè)計并制作一個帶嘯叫檢測與抑制功能的音頻放大器，完成對臺式麥克風(fēng)音頻信號進(jìn)行放大，通過功率放大電路送喇叭輸出。電路示意圖如圖1所示。嘯叫檢測嘯叫檢測嘯叫抑制拾音電路接信號源功率放大電路ABK1音頻功率放大器K2DCRL8Vo圖1電路示意圖2．要求（1）設(shè)計并制作圖1中所示的“拾音電路”和“功率放大電路”，構(gòu)成一個基本的音頻功率放大器。要求：（25分）a）在輸入音頻信號有效值為20mV時，功率放大器的最大不失真功率（僅考慮限幅失真）為5W，誤差小于10％；b）在輸入音頻信號有效值為20mV時，可以程控設(shè)置功率放大器的輸出功率，功率范圍為50mW～5W；c）功率放大器的頻率響應(yīng)范圍為200Hz~10kHz。（2）系統(tǒng)采用12V直流單電源供電，所需其他電源應(yīng)自行制作。（10分）（3）在功率放大器輸出功率為5W時，電路整體效率≥80%。（10分）（4）將臺式麥克風(fēng)與喇叭相隔1m背靠背放置，見圖2（a），使用電腦播放音樂作為音頻信號源。音頻功率放大器能通過麥克風(fēng)采集信號，經(jīng)功率放大電路送喇叭輸出，輸出的音頻信號清晰。（5分）（5）設(shè)計并制作圖1所示的嘯叫檢測電路和嘯叫抑制電路，完善音頻功率放大器。要求：（15分）a）在不進(jìn)行嘯叫抑制時（圖1的選擇開關(guān)K1連接A端，K2連接C端），將麥克風(fēng)與喇叭相隔1m面對面放置，見圖2（b），從小到大調(diào)整功率放大器的輸出功率，直到產(chǎn)生嘯叫時停止；b）嘯叫檢測電路能實時監(jiān)測所產(chǎn)生嘯叫，并計算嘯叫的頻率。實時顯示嘯叫頻率和相應(yīng)的功率放大器輸出功率；c）啟動嘯叫抑制電路（圖1的選擇開關(guān)K1連接B端，K2連接D端），音頻功率放大器應(yīng)能有效抑制嘯叫，并正常播放音頻信號。（6）進(jìn)一步改進(jìn)嘯叫抑制電路。在保障無嘯叫的前提下，盡量提高音頻功率放大器的輸出功率；如果輸出功率達(dá)到5W功率，嘯叫抑制電路仍能正常工作，可以進(jìn)一步縮短面對面放置的麥克風(fēng)與喇叭之間的距離。（30分）（7）其他。（5分）（8）設(shè)計報告（20分）項目主要內(nèi)容滿分方案論證比較與選擇,方案描述3理論分析與計算系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計5電路與程序設(shè)計系統(tǒng)組成，原理框圖與各部分的電路圖，系統(tǒng)軟件與流程圖5測試方案與測試結(jié)果測試結(jié)果完整性，測試結(jié)果分析5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要，正文結(jié)構(gòu)規(guī)范，圖表的完整與準(zhǔn)確性2總分203．說明作品使用的麥克風(fēng)應(yīng)為臺式全向麥克風(fēng)，其靈敏度要大于-45dBV/P，插頭直徑為3.5mm，輸出阻抗為1k~2.2k。關(guān)于麥克風(fēng)靈敏度的定義是饋給1Pa（94dB）的聲壓時，麥克風(fēng)輸出端的電壓（dBV）。有些麥克風(fēng)給出的靈敏度單位為dB/Bar，注意之間的轉(zhuǎn)換。作品使用的喇叭應(yīng)為組合紙盆方式的電動式喇叭，額定功率為5W，額定阻抗為8。麥克風(fēng)和喇叭可以直接購買，在設(shè)計報告中必須附有所購買的麥克風(fēng)和喇叭的產(chǎn)品說明書或性能參數(shù)。作品要求拾音電路的輸入接口，以及功率放大電路連接到喇叭的接口必須外露，可方便進(jìn)行連接，以便測試時使用。作品評測由賽區(qū)統(tǒng)一準(zhǔn)備測試平臺，并統(tǒng)一使用由測試專家準(zhǔn)備的臺式麥克風(fēng)和喇叭進(jìn)行測試。作品要求（1）、（2）和（3）的指標(biāo)測試，使用音頻信號源外加正弦信號和外加8純電阻負(fù)載的方式進(jìn)行測試。要求TPA3112D1的功率放大電路帶有LC濾波，輸出的正弦信號無明顯失真。作品要求（4）、（5）和（6）的指標(biāo)測試，使用電腦USB喇叭（功率不超過1W）播放音樂作為信號源，放置在距麥克風(fēng)20cm的位置。具體測試的框圖如圖2所示。電腦喇叭電腦喇叭20cm100cm功放喇叭電腦喇叭20cm電腦喇叭20cm80cm功放喇叭（b）作品發(fā)揮部分的測試圖2：嘯叫抑制性能測試框圖2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題H題：自動增益控制放大器（高職）任務(wù)設(shè)計一個可以根據(jù)輸入信號及環(huán)境噪聲幅度自動調(diào)節(jié)音量的自動增益控制音響放大器。要求放大器可以從mp3或信號源輸入音頻（100Hz~10kHz）信號，可以帶600Ω負(fù)載或驅(qū)動8Ω喇叭（2~5W）。（20分）當(dāng)輸入信號幅度在10mV~5V間變化時，放大器輸出默認(rèn)值保持在2V±0.2V內(nèi)，波動越小越好。（30分）能夠顯示輸入信號幅度大小及頻率高低。（10分）能夠在1V~3V范圍內(nèi)步進(jìn)式調(diào)節(jié)放大器輸出幅度，步距0.2V。（15分）能夠根據(jù)環(huán)境噪聲調(diào)整自動調(diào)節(jié)放大器輸出幅度。（15分）其他自主發(fā)揮設(shè)計。（10分）設(shè)計報告。（20分）項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)方案方案比較，方案描述5設(shè)計與論證自動增益控制實現(xiàn)方法電路設(shè)計及參數(shù)計算8測試測試方法與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī)范性2小計20說明音響放大器的輸出可以在600Ω電阻及喇叭間切換。2014年TI杯大學(xué)生電子設(shè)計競賽題G題：簡易風(fēng)洞及控制系統(tǒng)（高職）任務(wù)設(shè)計制作一簡易風(fēng)洞及其控制系統(tǒng)。風(fēng)洞由圓管、連接部與直流風(fēng)機構(gòu)成，如右所示。圓管豎直放置，長度約40cm，內(nèi)徑大于4cm且內(nèi)壁平滑，小球（直徑4cm黃色乒乓球）可在其中上下運動；管體外壁應(yīng)有A、B、C、D等長標(biāo)志線，BC段有1cm間隔的短標(biāo)志線；可從圓管外部觀察管內(nèi)小球的位置；連接部實現(xiàn)風(fēng)機與圓管的氣密性連接，圓管底部應(yīng)有防止小球落入連接部的格柵?？刂葡到y(tǒng)通過調(diào)節(jié)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)小球在風(fēng)洞中的位置控制。要求小球置于圓管底部，啟動后5秒內(nèi)控制小球向上到達(dá)BC段，并維持5秒以上。（20分）當(dāng)小球維持在BC段時，用長形紙板（寬度為風(fēng)機直徑的三分之一）遮擋風(fēng)機的進(jìn)風(fēng)口，小球繼續(xù)維持在BC段。（10分）以C點的坐標(biāo)為0cm、B點的坐標(biāo)為10cm；用鍵盤設(shè)定小球的高度位置（單位：cm），啟動后使小球穩(wěn)定地處于指定的高度3秒以上，上下波動不超過±1cm。（10分）以適當(dāng)?shù)姆绞綄崟r顯示小球的高度位置及小球維持狀態(tài)的計時。（10分）小球置于圓管底部，啟動后5秒內(nèi)控制小球向上到達(dá)圓管頂部處A端，且不跳離，維持5秒以上。（10分）小球置于圓管底部，啟動后30秒內(nèi)控制小球完成如下運動：向上到達(dá)AB段并維持3~5秒，再向下到達(dá)CD段并維持3~5；再向上到達(dá)AB段并維持3~5，再向下到達(dá)CD段并維持3~5；再向上沖出圓管（可以落到管外）。（20分）風(fēng)機停止時用手將小球從A端放入風(fēng)洞，小球進(jìn)入風(fēng)洞后系統(tǒng)自動啟動，控制小球的下落不超過D點，然后維持在BC段5秒以上。（10分）其他自主發(fā)揮設(shè)計。（10分）設(shè)計報告。（20分）項目主要內(nèi)容分?jǐn)?shù)系統(tǒng)方案方案比較，方案描述5設(shè)計與論證風(fēng)洞控制實現(xiàn)方法電路設(shè)計及參數(shù)計算8測試測試方法與測試結(jié)果5設(shè)計報告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要，正文結(jié)構(gòu)完整性、內(nèi)容規(guī)范性2小計20說明題中“到達(dá)XX段”是指，小球的整體全部進(jìn)入該段內(nèi)；題中“維持”是指，在維持過程中小球整體全部不越過該段的端線；小球的位置以其中心點為準(zhǔn)（即小球的上沿切線向下移2cm，或下沿切線向上移2cm）；直流風(fēng)機的供電電壓不得超過24V，注意防止風(fēng)機葉片旋轉(zhuǎn)可能造成的傷害；可在圓管及其周圍設(shè)置傳感器檢測管內(nèi)小球的位置；可將圓管、連接部與直流風(fēng)機安裝在硬質(zhì)板或支架上，以便于使圓管保持豎直狀態(tài)，并保持風(fēng)洞氣流通暢。每一個項目最多進(jìn)行三次測試；對于任何測試項目，測試專家可要求進(jìn)行重復(fù)測試。風(fēng)洞制作方法參考：圓管長度約40mm，可以選用透明的有機玻璃（或亞克力材料）圓管，也可以選用不透明的PVC圓管。圓管的內(nèi)直徑必須大于40mm，保證小球（直徑為40mm的乒乓球）在管內(nèi)能夠自由運動。如果選用不透明的PVC圓管，為了能夠方便直觀地觀察管內(nèi)小球的位置，可以在管臂上沿軸線方向開鑿寬度約5mm的長條形槽孔，再用寬的透明膠帶貼在槽孔上，保證圓管的氣密性。開鑿長條形槽孔后，應(yīng)清除管壁內(nèi)的殘屑，以免影響小球的運動。為了防止小球落入連接部，可將一根細(xì)鐵絲或?qū)Ь€，用AB膠或透明膠帶粘在圓管下端口處