哈工大电子设计竞赛试题2011年

A.基于新型规则的可编程交通控制系统设计

一、任务

设计制作基于新型规则的可编程交通控制系统，其中包括人行道、左转、右转，以及原有的交通灯的功能，示意图如下：

分频 模块 控制 模块 数码显 示模块

二、要求

1．基本要求

（1）交通灯的工作步骤是：红、黄、绿，左转，右转，人行道分时

间段开通，计时电路以秒为单位作倒计时，计数为0时进行切换，倒计时的时间可由数码管显示。

（2）可以通过按键来使芯片内部清零，再由键盘输入红、黄、绿，

左转，右转及人行道的放行时间，其规则应补充合理。 （3）若有交通异常情况，可以通过按键处理目前的紧急状态。 2．发挥部分

（1）红绿灯输出的扩展（如人行时可显示提示）。 （2）可以使用LCD显示提示信息。

（3）根据不同时段对主要交通方向的信号进行调整。 （4）雨雾天等恶劣天气时配有语音提示。

三、评分标准

方案比较 设计与论证 设计 报告 项 目 满分 8 10 15 10 7 50 50 10 10 10 10 10 50 系统组成、原理和电路图 测试数据与结果分析 设计报告的结构和规范性 总分 基本要求 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥 部分 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 总分

B 家用供暖节能控制网络设计

1．任务

设计一套家用可节能的地暖检测与控制系统。

2．基本要求

（1）参考上图所示，A点为地暖供热输入总节点，其他B~F为各室内温度检测节点，各节点位置相对固定，且有稳定的供电电源。要求B~F各节点的监测温度能够以无线方式送给A节点，A点控制三位电磁阀调节供暖流量，当低于18℃时，控制三位电磁阀为全开启状态供暖。如果某屋温度超过20℃时，则控制三位电磁阀为小流量状态，如果温度超过22℃时，则控制三位电磁阀关闭该屋的供暖循环；各节点的测温误差不超过±5%。注：实验时可用冰水、人体或热风等方式改变温度。

（2）B~F节点中的某些节点，由于建筑物遮挡，往往不能直接与A点通信，需要借助其他一个或几个节点间接与A点通信，这就要求各节点具备多跳中继

C B A F E D 能力。每个节点的通信距离不超过100m。

（3）要求A~F各节点具有节电睡眠功能，每间隔10分钟唤醒一次，进行一次检测以及控制过程。 3．发挥部分

增加B~F各节点移动检测适应性功能，任意节点改变位置后与A点的传输仍能正常进行，并增加整个检测网络的故障诊断能力。

增加各房间多点探测功能，各房间温度根据温度检测器放置位置不同，按照归一化加权均值方式检测（如对放置房屋中央和靠近窗或外墙边上以及靠近或远离地面的检测器，给予不同的加权值），即能够正确体现房间温度，防止屋内温度的不均匀造成过大地检测偏差。该问题侧重理论或原理设计。 4．评分标准 要求 项目 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，检基本要求 验测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 实际完成情况。包括按照要求实际完成的功能、工作可靠性、自我完成比重，以及外观等 发挥部分 其他表现 备注 发挥部分的得分，应该在基本要求的主要功能完成后考虑加分！

满分（150） 50 50 发挥的功能与实际完成情况 40 10 C. 简易正弦波失真度测试仪设计

1．任务

失真度表征一个信号偏离纯正弦信号的程度。失真度定义为信号中全部谐波分量的能量与基波能量之比的平方根值，如果负载与信号频率无关， 平方根值，如果负载与信号频率无关，则信号的失真度也可以定义为全部谐波电压的有效值与基波电压的有效值之比并以百分数表示，有效值之比并以百分数表示，公式为：

2222U2?U3?U4??UnP?P1?PU1

??式中：γ为失真度；P为信号总功率，P1为基波信号的功率；U1为基波电压的有效值； U2 ~ Un为谐波电压有效值。

因为谐波能量主要集中在U2 ~ U3，所以如果采用电压法，可以只测试二次和三次谐波来近似代替全部谐波。设计失真度自动或半自动测试仪。 2．基本要求

要求能测试正弦波频率为：20Hz，200Hz，2kHz，20kHz，即音频范围内的四个点频的失真度。测试方法和显示方法不限。 3．发挥部分

为了能够更准确地测量，要求能够测试到十次谐波，即测试U2 ~ U10谐波计算出失真度。

能够连续任意测试音频范围20Hz~20kHz内所有可能正弦波的失真度。

注意：发挥功能一般用数字信号处理方式才容易实现。 4．评分标准 要求 项目 满分（150） 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，检基本要求 验测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 实际完成情况。包括按照要求实际完成的功能、工作可靠性、自我完成比重，以及外观等 发挥部分 其他表现 备注 发挥部分的得分，应该在基本要求的主要功能完成后考虑加分！

10 发挥的功能与实际完成情况 40 50 50 D. 水温控制系统

一、任务

设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升水，容器为搪瓷器皿。

水温可以在一定范围内设定，并能实现在10℃—60℃量程范围内对每一点温度的自动控制，以保持设定的温度基本保持不变。

二、要求

1． 基本要求

（1）可键盘设定控制温度值，并能用液晶显示，显示最小区分度为0.5℃； （2）可以测量并显示水的实际温度。温度测量误差在±0.5 ℃内；

（3）水温控制系统应具有全量程（10℃—60℃）内的升温、降温功能（降温可

用半导体制冷片、升温用800W以内的电加热器）； （4）在全量程内任意设定一个温度值（例如起始温度±15℃内），控制系统可以实现该给定温度的恒值自动控制。控制的最大动态误差≤±4℃，静态误差≤±1℃，系统达到稳态的时间≤20min（最少两个波动周期）。 2． 发挥部分

（1）当设定温度突变（温度变化±20℃）时，控制的最大动态误差≤±4℃，系统

达到稳态的时间≤10min（最少两个波动周期）； （2）温度控制的静态误差≤±0.5℃（在最小稳态时间内）；

（3）在设定温度发生突变（温度变化±20℃）时，用液晶屏显示水温随时间变化的实时曲线（最少显示两个波动周期）； （4）其他。

三、说明

（1）允许使用单片机最小系统；

（2）升温和降温驱动电路自行设计制作，不允许使用成品模块； （3）电路制作注意节能低功耗；

（4）为了测试的方便，测量水温时要求在容器内自行给定一个位置，测试时放

置玻璃水银温度计，作为标准温度计；

（5）避免测试过程出现烧伤现象，注意做好保护措施。

四、评分标准

项 目 系统方案 理论分析与计算 应包括的主要内容 比较与选择 方案描述 温度控制算法 控制误差 温度控制速度 设计 报告 电路与程序设计 测试方案与测试结果 电路设计 程序设计 测试方案及测试条件 测试结果完整性 测试结果分析 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 总分 完成第（1）项 基本要求 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 30 5 5 10 30 5 5 6 10 分数 4 总分 完成第（1）项 发挥 部分 完成第（2）项 完成第（3）项 其他 总分 50 20 10 15 5 50 E. 自动追光自动避障电动小车

一、任务

设计制作一套自动追光太阳能充电系统放置在电动小车上。小车以一定速度追着光源行进，太阳能板始终能面对光源给蓄电池充电。小车行进过程中会遇到路障，小车必须能避开路障绕道找到光源并继续追光前进。 二、要求

1．基本要求

（1）光源用不大于100W的白炽灯，场地不小于1.5m×1.5m，障碍物不小于15cm×15cm×15cm。可以对光源进行聚光。

（2）光源在离小车大于1.5m的固定位置摆放，放置高度不高于25cm。小车发现光源后沿光源方向前进。

（3）小车前进方向上至少随机放置三个障碍物。遇到障碍物，小车应绕道前进。

（4）在小车绕道过程中，太阳能板应始终对准光源。 （5）到达离光源一定位置后，小车应停止前进。

（6）小车前进直线距离应大于1.2米，时间不大于2分钟。 （7）能显示太阳能为蓄电池供电状态。 2．发挥部分

（1）场地尺寸2m×2m，光源离小车2米以上。 （2）障碍物5个以上。

（3）能逆着光源前进，并绕过障碍物。但太阳能板始终对准光源。 （4）完成时间不大于1分钟。

（5）在无白炽灯光源情况下，小车可以沿自然光源方向前进。

（6）其它。 三、说明

1、小车行进路线上不得有任何轨迹，也不得有其它任何引导小车前进的物件，比如金属、声源、无线发射源等，更不得利用遥控手段。

2、可以用浅颜色将场地分割成正方形格子，障碍物放置在格子里边。但小车不得用浅颜色分割线来寻迹。

3、不得用市场上能买到的成品机器人模块完成本项目。 四、评分标准 项 目 总体方案论证 主要内容 总体方案描述和方案选择 太阳能板追光和引导原理论分析与计算 设计报告 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 小计 基本要求 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥部分 完成第（3）项 完成第（4）项 完成第（5）项 其他 小计 总分 理 控制和伺服电路设计 跟踪引导算法 总体电路图 工作流程图 调试方法与仪器 测试数据完整性 测试结果分析 摘要 设计报告正文的结构 图表的规范性 10 满分 5 6 5 4 30 50 10 10 10 10 5 5 50 130 F. 数字式电参数测试仪

一、任务

设计并制作一台能测量电阻、电压、电流、频率等电参数的数字式测试仪。

二、要求

1．基本要求

（1）电阻测量范围：100Ω～10KΩ，相对误差<2%。

（2）电流测量范围：100μA～10mA（电流源开路电压为10V），相对误差<2%。

（3）电压测量范围：100mV～10V，相对误差<2%。

（4）频率测量范围：100Hz～10kHz，相对误差≤1%，输入信号为1V的方波信号。

（5）具有相应功率测量功能。 （6）显示刷新周期≤2S。 2．发挥部分

（1）电阻测量范围：10Ω～1MΩ，相对误差<1%。

（2）电流测量范围：100μA～10mA（电流源开路电压为10V），相对误差<1%。

（3）电压测量范围：100mV～10V，相对误差<1%。

（4）频率测量范围：10Hz～100kHz，相对误差≤0.1%，输入信号为50mV的正弦交流信号。

（5）其它。

三、说明

不得用现成的模块和套件。

四、评分标准

项 目 设计报告 总体方案论证 理论分析与计算 主要内容 总体方案描述和方案选择 数字式电参数测试仪原理电路设计 满分 4 6 数字式电参数测试仪算法 总体电路图 工作流程图 调试方法与仪器 测试方案与测试结果 测试数据完整性 测试结果分析 摘要 设计报告结构及规范性 设计报告正文的结构 图表的规范性 电路与程序设计 小计 基本要求 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥部分 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 小计 总分 4 3 3 20 50 10 10 10 10 10 50 120 G. 小功率音频放大器的设计

一、任务

设计一个小功率音频放大器。 基本的电路框图如下：

话筒输入 前置放大 功率放大 RL

二、基本要求 1、输入信号：正弦波幅值<=10mV，由话筒产生 2、负载电阻：8欧姆（扬声器） 3、输入输入阻抗>10k

4、最大不失真输出功率：1W~5W

5、功率放大器的通频带：300Hz-3KHz（-3dB） 6、在最大输出功率下的失真度<=5%

7、无需设计直流电源，不可使用现成的功率放大模块。

8、利用multisim或pspice等工具对功率放大器的通频带进行验证。 9、设计制作一个测量功率放大器输出功率的装置，具有数显功能。

三、发挥部分

1、增加音量数控模块，音量可在单片机或可编程逻辑器件的控制下通过按键等方式进行控制，并对音量通过发光二极管等形式加以显示。

2、通频带扩展至300Hz-20KHz

四、评分标准 设计 报告 项 目 系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 总分 满分 10 8 10 12 10 50 基本要求 实际制作完成情况 发挥 部分

50 30 20 30 完成第（1）项 完成第（2）项 总分 H. 简易无线电遥控系统

一． 任务

设计并制作无线电遥控发射机和接收机 1．发射端

2．接收端

二． 要求 1. 基本要求

（1）工作频率：f0=6～10MHz中任选一种频率。 （2）调制方式：AM、FM或FSK…任选一种。

（3）输出功率：不大于20mW（在标准75Ω假负载上）。

（4）遥控对象：8个，被控设备用LED分别代替，LED发光表示工作。 （5）接收机距离发射机不小于10m

2. 发挥部分

（1）8路设备中的一路为电灯，用指令遥控电灯亮度，亮度分为8级并用数码管显示级数。

（2）在一定发射功率下（不大于20mW），尽量增大接收距离。 （3）增加信道抗干扰措施。 （4）尽量降低电源功耗。

注：不能采用现成的收、发信机整机。

三． 评分标准

项 目 满 分 设计与总结报告： 方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分50 基本要求 析 实际制作完成情况 完成第一项 发挥部分 完成第二项 完成第三项 完成第四项

50 15 15 10 10

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