2011年第四届广东工业大学电子设计大赛题目

广东工业大学第四届电子设计竞赛题目

一. RFID打卡器和射频卡设计

一、任务

设计并制作一台RFID打卡器及射频卡，使打卡器能识别射频卡，识别后将射频卡输出的信号采集到并输出，射频卡可以做成IC卡样式，也可以采用电路方式实现，可采用集成电路，分立器件实现，其系统框图如图1所示。

图1 射频信号发生器系统框图 二、要求 1．基本要求

（1）射频卡以及打卡器工作频率13.56MHz； （2）最大识别距离不小于5cm；

（3）当射频卡接近到打卡器可识别距离时，打卡器识别到射频卡，并发出声音提示，同时将射频卡发出的信号捕捉到并输出；

（4）采用RIGOL DP1308/1116A稳压电源供电，也可自制。 RFID系统指标要求 工作频率 13.56MH 识别距离 不小于5cm 打卡器RF信号功率 不小于1W 用户接口 蜂鸣器一个，工作以及电源指示灯个一个 识别信号输出功率 >0 dBm 识别信号信噪比 >50dB 输出连接器和阻抗 BNC; 50欧姆 2．发挥部分

（1）增加数据操作功能，打卡器向射频卡发出询问信息和编号查询信息——由按键控制发出信息的类型，射频卡返回相应信息，由数码或者液晶屏显示数据, 参考工作流程：

打卡器轮询“WHO”——射频卡进入感应区接收到轮询信号——射频卡应答“DS（电赛）”——打卡器接收到应答，将应答信息解析出来并显示；

打卡器轮询“NO”——射频卡进入感应区接收到轮询信号——射频卡应答“001（三位数字即可）”——打卡器接收到应答，将应答信息解析出来并显示；

（2）增加电脑控制功能，打卡器使用串口与电脑相连，自定义软件来使用电脑显示数据和控制打卡器，参考工作流程：

使用RS232接口连接打卡器与电脑——上位机发送询问信息——打卡器发出

蜂鸣声并返回编号001（三位数字即可）——电脑软件显示编号；

三、说明

设计报告正文应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图和主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果可用附件给出。

四、评分标准

总分150分，采用RIGOL DSA1030频谱分析仪等仪器进行指标的测试，根据完成情况以及具体指标的偏差程度打分。 项 目 主要内容 分数 系统方案 比较与选择；方案描述 5 理论分析与计算 基准源设计；调制器设计 发射天线设计；接收天线设计 15 功率放大电路设计 设计 电路与程序设计 电路设计；程序设计 10 报告 测试方案与测试结果 测试方案及测试条件；测试结15 果完整性；测试结果分析 设计报告结构及规范摘要；设计报告正文的结构； 5 性 图表的规范性 总分 50 基本 实际制作完成情况 50 要求 完成第（1）项 25 发挥 完成第（2）项 25 部分 总分 50 总分 150 注：射频卡以及打卡器的设计有实用意义，它符合ISO/IEC 14443 近耦合IC卡A类标准要求。

二、直流电子负载

一、任务

电子负载用于测试直流稳压电源、蓄电池等电源的性能。设计和制作一台电子负载，有恒流和恒压两种模式，可手动切换。恒流方式时要求不论输入电压如何变化（在一定范围内），流过该电子负载的电流恒定，且电流值可设定。工作于恒压方式时，电子负载端电压保持恒定，且可设定，流入电子负载的电流随被测直流电源的电压变化而变化。

二、要求 1．基本要求

（1）负载工作模式：恒压 (CV)、恒流 (CC)两种模式可选择。 （2）电压设臵及读出范围：1.00 V～ 20.0 V。 （3）电流设臵及读出范围：100 mA ～ 2.00 A。

（4）显示分辨力及误差：具有三位半数显，相对误差小于5%。 2．发挥部分

（1）增加恒阻（CR）模式。

（2）扩大负载参数的设臵及读出范围。1.00 V～ 36.0 V,100 mA ～ 4.00 A （3）具备自动过载保护设计。 （4）其它。 三、说明

（1）负载参数可调节设臵，人工预臵或数字程控皆可。 （2）负载参数可数字化显示。 （3）实现原理可参考下图。 电压显示 电流显示 负载输电压检 电压比 电压设功率控 制 电流检 电流比较 电流设 负载输 出 四、评分标准 满项 目 主要内容 分 总体方案论证 总体方案描述和方案选择 10 理论分析与计算 设计电路与程序设计 报告 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 发挥部分 总分 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 其他 小计 恒压恒流原理、比较和检测电路设计、功率控制方法 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 10 10 10 50 50 20 10 10 10 50 150 三、数字示波器

一、任务

设计制作一个数字示波器，可测量人体心电信号并显示出来，示意图如下：

导联电极说明：

RA：右臂；LA：左臂；LL：左腿；RL：右腿。

第一路心电信号，即标准I导联的电极接法：RA接放大器反相输入端（－），LA接放大器同相输入端（＋），RL作为参考电极，接心电放大器参考点或者浮空。

第二路心电信号，即标准II导联的电极接法：RA接放大器反相输入端（－），LL接放大器同相输入端（＋），RL作为参考电极，接心电放大器参考点或者浮空。

RA、LA、LL和RL的皮肤接触电极分别通过1.5m长的屏蔽导联线与心电信号放大器连接。

二、要求 1、基本要求

制作一路心电信号放大器，技术指标如下： a．电压放大倍数：1000，误差： ?5％；

b．－3dB低频截止频率：0.05Hz（可不测试，由电路设计予以保证）； c．－3dB高频截止频率：100Hz，误差：?10Hz； d．频带内响应波动：在?3dB之内； e．共模抑制比：? 70dB（含1.5m长的屏蔽导联线，共模输入电压范围：?7.5V）； f．差模输入电阻：? 5MΩ（可不测试，由电路设计予以保证）； g．输出电压动态范围：大于?10V。

按标准I导联的接法对一位参赛队员进行实际心电图测量。

a．能在LCD显示屏上较清晰地滚动显示心电波形。心电波形大致如下图所示：

b．实际测试心电时，放大器的等效输入噪声（包括50Hz干扰）：<400μV（峰-峰值）。

c．动态显示心跳频率，并按心跳同步发出beep声和led闪光。 设计并制作心电放大器所用的电池供电直流稳压电源：

直流稳压电源输出交流噪声：<3mV（峰-峰值，在对放大器供电条件下测试）。 2．发挥部分

扩展为两路相同的心电放大器，可同时测量和显示标准I导联和标准II导联两路心电图，并且能达到基本要求（2）的效果。

具有存储、回放已测心电图的功能。

将心电信号放大器－3dB高频截止频率扩展到500Hz，并且能达到基本要求（2）的效果。

将心电信号放大器共模抑制比提高到90dB以上（含1.5m长的屏蔽导联线）。 其它。

三、评分标准 项 目 应包括的主要内容 分数 系统方案 比较与选择、方案描述 6 理论分析与计算 设计 报告 电路与程序设计 等效采样分析、垂直灵敏12 度、扫描速度 电路设计、程序设计 12 12 8 50 50 12 10 10 8 10 50 150 基本要求 发挥 部分 测试方案与测试结果 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摘要、设计报告正文的结性 构、图表的规范性 总分 实际制作完成情况 完成第（1）项 完成第（2）项 完成第（3）项 完成第（4）项 其他 总分 总分 四、说明： 对人体心电信号进行实测时应注意的事项： 1. 可用20mm×20mm薄铜皮作为皮肤接触电极。

2. 用带有尼龙拉扣的布带或普通布带将电极分别捆绑在四肢相应位臵，如示意图所示。

3. 测量心电图前，应使用酒精棉球仔细将与电极接触部位的皮肤擦净，然后再捆绑电极。为减小电极与皮肤间的接触电阻，最好在电极下滴1－2滴5％的盐水，或用5％盐水浸过的棉球垫在电极与皮肤之间。

4. 被测人员应静卧，以避免测量基线大幅度漂移，降低噪声。

四、电动车运动控制系统

一、任务

设计电动车控制系统，控制电动车平板上运动并画出运动轨迹。

电动车在白色底板上运动，运动范围为80cm×100cm。车上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为10cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角A8格为直角坐标原点, 示意图如下(单位：mm)。

二、要求

1、基本要求：

（1）白色底板的运动范围内表面除了浅色坐标线（线宽<0.5mm）外，不允许画/贴任何标识；

（2）电动车上的画笔可以按需放下或者收起；

（3）电动车从左下角坐标原点A8出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。

（4）电动车画圆心可任意设定、直径为50cm的圆，限240秒内完成； 2、发挥部分 （1）能够显示电动车所在位臵的坐标(显示形式为:字母-数字，例如A6，D4)； （2）将电动车放臵在距离白色底板起始端A8点 300mm以外、90°扇形区域内某一指定位臵（车头朝向原点），电动车能够自动进入A8格，并停留5秒，给出明显标识，限30秒内完成；。

（3）电动车在长方形（G2，I2，I6，G6）范围内画出“电”字，限300秒内完成；。

（4）电动车返回原点A8。 三、评分标准 项目 满分 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，测试方法与仪器，测试50 基本要求 数据及测试结果分析。 实际制作完成情况 50 发挥部分 完成第(1)项 完成第(2)项 完成第(3)项 完成第(4)项 其他 10 5 15 10 10 总分 150 四、说明 1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；

2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；

3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过10cm时（例如，圆心以坐标格的中心为准；写“电”字时笔迹超出给定范围10cm），该项目不得分；

4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动；

5、发挥部分第（3）未完成，则（4）不计分。

6、电动小车的最终外围尺寸必须小于：20cm*20cm，高度不限。

五、家居辐射量无线检测仪设计

一、设计内容

对家居电磁辐射辐射量进行检测，利用无线传输方式将测试数据汇集到中央监控器显示和记录。

二、基本要求

(1)检测电磁波辐射强度，并发送到主控器液晶屏显示其大小。 (2)测试范围：750MHZ-2000MHZ

(3)测试误差：±30 uw/cm2（微瓦/平方厘米）。 (4)数显范围：1-1999 uw/cm2。设臵报警界面，电磁辐射强度大于1000 uw/cm2 时发出报警提示。

发挥部分：

(1) 测量误差：小于±10 uw/cm2（微瓦/平方厘米）。 (2) 具有无线传输功能，传输距离大于10米。 (3) 中央主控器具备历史数据保存功能。 三、评分标准 项 目 主要内容 分数 系统方案设计 比较与选择、方案描述 5 可行性分析 方案的可行性 5 电路与程序设计 设计报测试方案与测试结果 告 电路设计、程序设计 10 测试方案及测试条件、测试结5 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、5 图表的规范性 总分 30 （1）项 （2）项 基本要求 （3）项 （4）项 总分 提高部分 总分

（1）项 （2）项 （3）项 总分 10 10 15 15 50 15 25 10 50 150 六、 短距离无线寻物器

一．基本要求

1．制作无线发射、接收装臵各一个，其中一个臵于隐蔽的地方。发射与接收装臵之间距离在10~50米范围内相互看不见。当发射装臵发出搜寻信号时，接收装臵回应呼叫信号。

2．发射频率在10~30MHZ选定。最大频偏：100KHZ。

3．发射与接收装臵工作电压不大于5V，工作电流不超过30mA。 4．采用水平平面无方向天线，长度不超过30cm。 5．发射功率不得超过50mW。 二．发挥部分

1．制作多套装臵(实际制作1拖2，即1套发射，2套接收装臵)。发射装臵可搜寻多套接收装臵，每套接收装臵设有相应的呼号，发射装臵可识别不同标号的接收装臵。

2．搜寻距离可扩展。

3．在搜寻频率范围内向外辐射的信号不得被10米外具有5~8μV灵敏度的接收机听到。

三．评分标准 项 目 主要内容 满分 总体方案设计、方案比较与选择、系统方案 8 方案描述 设计理论分析与计算 报告 电路与程序设计 收发电路的通讯方式、发射电路12 分析、接收电路分析 发射电路参数计算与设计、接收16 电路参数计算与设计、总体电路 图、通讯协议和工作模式设计 测试方案与测试结果 调试方案与测试条件、测试方法8 和步骤、测试结果分析 摘要、设计报告正文的结构、图6 表的规范性 50 30 20 15 10 15 10 50 150 设计报告结构及规范性 总分 基本在要求频率范围内基本实现搜寻功能 要求 功率、稳定度、灵敏度、频偏在要求范围内 完成第（1）项 完成第（2）项 发挥完成第（3）项 部分 其他特色和创新 总分 总分 四．说明 1．验收时需要测量电流，请在电源处预留出测试端。 2．发射功率在50欧假负载上测定。

七、智能车制作（飞思卡尔智能车校内选拔赛）

1、竞赛比赛规则

1)比赛场中有一条赛道。

2) 参赛队根据比赛题目分为三个组，并以抽签形式决定组内比赛次序。 3) 每辆赛车分两轮比赛，第一轮按照顺时针方向进行，第二轮按照逆时针方向进行，每辆赛车连续完成两轮比赛才算正常完成比赛。取两个单轮成绩中较好的一个作为赛车最终成绩。每个单轮比赛中有两次冲出赛道机会。

4) 在每轮比赛中，选手首先将赛车放臵在起跑区域内赛道上，赛车至少静止两秒钟后自动启动。

5) 每辆赛车在赛道上跑一圈，以计时起始线为计时点，跑完一圈后赛车需要自动停止在起始线之后三米之内的赛道内，如果没有停止在规定的区域内，比赛计时成绩增加 1 秒。计时由电子计时器完成并实时显示。

6) 每支队伍指定一名队员持赛车进入比赛场地。准备好后，裁判员宣布比赛开始，选手将赛车放臵在起跑区内，即赛车的任何一部分都不能超过计时起始线。赛车应在起跑区静止两秒钟以上，然后自动出发。赛车应该在30 秒之内离开出发区，沿着赛道跑完一圈。由计时起始线两边传感器进行自动计时。

2、比赛犯规与失败规则

比赛过程中，由比赛现场裁判根据统一的规则对于赛车是否冲出跑道进行裁定。比赛过程中出现下面的情况，算作赛车冲出跑道一次：

1). 比赛开始后，赛车在30 秒之内没有离开出发区； 2). 赛车在离开出发区之后60 秒之内没有跑完一圈； 比赛过程中如果出现有如下一种情况，判为比赛失败：

1). 单轮比赛中赛车冲出跑道的次数超过两次； 2). 完成比赛后，赛车没有通过现场技术检验；

3、广东工业大学智能车竞赛技术规则

智能车竞赛根据车模检测路径方案不同分为电磁、光电与摄像头三个赛题组。 车模通过感应由赛道中心电线产生的交变磁场进行路经检测的属于电磁组；车模通过采集赛道图像（一维、二维）进行进行路经检测的属于摄像头组； 车模通过采集赛道上少数孤立点反射亮度进行路经检测的属于光电组。光电组必须使用官方提供的A 型车模，电磁组必须使用提供的 B 型车模，摄像头组必须使用官方提供的C型车模。

以下附件规则如果有与全国大学生智能车竞赛规则冲突的地方，以最新版本的全国大学生智能车竞赛规则为准。

附件一：智能汽车竞赛车模的规定

1)禁止改动车底盘结构、轮距、轮径及轮胎；

2)禁止采用其它型号的驱动电机，禁止改动驱动机构的传动比； 3)禁止改造车模运动传动结构，包括滚珠轴承；

4)禁止改动舵机，但可以更改舵机输出轴上连接件；

5)禁止改动驱动电机以及电池，车模前进动力必须来源于车模本身直流电机及电池；

6)禁止增加车模地面支撑装臵。在车模静止、动态运行过程中，只允许车模原有四个车轮对车模起到支撑作用；

7)为了安装电路、传感器等，允许在底盘上打孔或安装辅助支架等； 8)若损毁车模中禁止改动的部件，需要使用相同型号的部件替换；对于A 型，C型车模（光电组、摄像头组）改装完毕后，尺寸不能超过：250mm 宽和 400mm 长。对于 B 型车模（电磁组）改装完毕后，车模尺寸宽度不超过 250mm，长度没有限制，比赛过程中长度不得发生改变。

附件二：电路器件及控制驱动电路限制

1)车模控制电路须采用飞思卡尔半导体公司的16位MCU 9S12XS128（封装不限）。每台模型车的电路板中只允许使用一个微控制器；

2)除了上述规定的微控制器之外不得使用辅助处理器以及其它可编程器件； 3)伺服电机（舵机）数量不超过 3 个，其中转向舵机必须使用官方车模原装舵机， 其他舵机不限规格。后轮驱动电机必须是车模原装电机；

4)传感器数量不超过 16 个：光电传感器接收管计为 1 个传感器，发射管不计算；摄像头计为1 个传感器；磁场传感器在同一位臵可以有不同方向传感器，计为一个传感器；

5)直流电源使用大赛指定的电池，规格为2Ah，7.2V镍镉电池； 6)禁止使用DC-DC升压电路直接为驱动电机以及舵机提供动力； 7)全部电容容量和不得超过 2000 微法；电容最高充电电压不得超过25 伏； 8)本竞赛智能车中，除单片机最小系统的核心子板、摄像头、舵机自身内臵电路外，所有电路均要求为自行设计制作，禁止购买现成的功能模块。 如果自制电路采用PCB印制电路板， 必须在铜层 （TopLayer或BottomLayer）醒目位臵放臵本参赛队伍所在学校名称、队伍名称、参赛年份，对于非常小的电路板可

以使用名称缩写，名称在车模技术检查时直接可见。

附件三、传感器限制

1)参加电磁赛题组不允许使用光学传感器获得道路的光学信息，但是可以使用光电码盘测量车速；

2)参加光电赛题组不允许使用图像传感器获取道路图像信息进行路径检测； 3)参加摄像头赛题组可以使用光电管作为辅助检测手段；

可以选择参数：

1)开发软件可以选择CodeWarrior调试软件，也可以另行选择； 2)开发调试硬件可以选择 BDM 工具，也可以另行选择；

3)电路所使用元器件（传感器、各种信号调理芯片、接口芯片、功率器件等）种类与数量都可以自行设计选择。

附件四、赛道基本参数（不包括拐弯点数目、位臵以及整体布局） 1)赛道路面用专用白色基板制作。 2)赛道宽度不小于 50cm。

3)铺设赛道地板颜色不作要求，它和赛道之间可以但不一定有颜色差别。 4)跑道表面为白色，中心有黑线作为引导线，黑线宽25mm±5。引导黑线大部分为连续黑线，部分线段会是虚线。虚线的规格如下：

虚线段可能出现在赛道的直线部分，也可能出现在赛道的转弯部分， 如下图所示：

每段虚线长度不超过1 米。虚线不会出现在十字交叉路口、坡道中。 5)赛道中心黑色线下铺设有直径0.1-0.8mm漆包线，其中通有20KHz，100 mA 的交变电流。频率范围20K±1K，电流范围(100±20mA)。

6)跑道最小曲率半径不小于 50cm。 7)跑道可以交叉，交叉角为 90°。

8)赛道直线部分可以有坡度在 15°之内的坡面道路，包括上坡与下坡道路。

9)赛道有一个长为 1m 的出发区，如下图所示，计时起始点两边分别有一个长度10cm黑色计时起始线，赛车前端通过起始线作为比赛计时开始或者结束时刻。在黑色计时起始线中间安装有永久磁铁，每一边各三只。

磁铁参数：直径7.5 - 15mm，高度1-3mm，表面磁场强度3000-5000高斯。起跑线附近的永磁铁的分布是在跑道黑色中心线两边对称分布。相应的位臵如下图所示：

广东工业大学智能车竞赛现场车模检查办法

为了规范智能汽车竞赛的公平性，参照全国大学生智能车竞赛现场车模检查办法，在广东工业大学智能车竞赛比赛过程中，将进行现场公开技术检查，具体办法如下。

1、检查范围：所有正常完成比赛的赛车。

2、检查时间：每一支队伍完成比赛之后马上进行现场检查。

3、检查组人员的产生与组成：由广东工业大学智能车竞赛组委会指定检查组组长。检查组由不少于三名检查人员组成，检查人员从有经验的参赛队伍指导教师或者由学院推荐的参赛选手中推举产生。

4、监督人员：由广东工业大学智能车竞赛组委会指定监督人员； 5、检查方式：

（1）各参赛队伍在赛前自行填写《车模技术检查表》 （见附录），在进行现场车模检查时，提交给组委会车模检查人员；

（2）在本队伍比赛结束后，马上派一至两名选手进入指定地点，进行现场车模拆解，拆解到车模检查人员和监督人员要求的程度，并回答提问。

（3） 检查人员和监督人员监督拆解过程，填写检查结果，检查小组组长、监督人员和选手共同签字确认，没有按规定现场拆解的部分记为不合格；

6、处理办法：对违规参赛队伍给予取消成绩的处罚。

技术检查表 队伍名称 赛题组组别 电磁 光电 摄像头 规格（选手自行符合不符合检查项目 备注 填写） （√） （×） 车模尺寸 长，宽，高(mm) 传感器种类 传感器规格(型号) 传感器个数 前轮驱动舵机 是否是规定舵机？ 是否自行改装？ 是否增加舵机？种类、个数和作用？ 微处理器型号和个数 是否具有其它可编程器件，个数与作用？ 是否有无线遥控装臵？ 电池是否是规定电池？ 是否有升压电路驱动舵机和后轮电机？ 电路中电容总容量是否超过2000微法？ 后轮驱动电机是否原车模电机？ 在静止状态下，是否仅用原车模四个轮子支撑车模？ 是否使用滚珠轴承？ 车模底盘主体是否是原车模底盘？ 车轮是否更换和改装？ 车轮轴距、轮距是否改装？改装参数是什么？ 车模传动机机构是否改装？改装方式是什么？ 车模差速器是否改装？改装方式是什么？ 车模零件是否更换 软连接的测速轮不属于支撑轮。 或改装？更换和改装的方式什么？ 特别注意车模轴承 是否改装。 车模电路板个数及 功能。其中是否有购买成品、哪一些？ 其它补充检查内容 现场检查结果签选手： 检查员： 字： 监督员： 竞赛技术组鉴定意见： 技术组组长：

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