江西省2011年大学生电子设计自选赛赛题

江西省2011年大学生电子设计自选赛赛题
五个赛题本、专科通用，由参赛队自选其中一道题，写出设计报告和制作完成作品。
一、车载正弦波逆变电源
1、任务
设计并制作如下图所示的车载正弦波逆变电源，图中车载电池部分采用实验室可调直流稳压电源来模拟。

2、基本要求
制作车载正弦波逆变电源，输入电压DC12V±3V，输出220V/50Hz正弦波。实现：
（1）满载输出功率50W，效率?不小于80%，输出电压波形失真度低于5%；（20分）
（2）当输入电压为9V～15V时，输出电压有效值稳定度高于1%；（10分）
（3）当负载从空载到满载变化时，输出电压有效值稳定度高于5%；（10分） 
（4）具备输入过压（大于15V）和欠压（小于9V）保护、输出过流（I0大于0.23A）和负载短路保护等功能，当故障解除后，能自动恢复正常工作；（10分）
3、发挥部分
（1）能手动调节正弦波的输出电压在220V与110V间、输出频率在50Hz与60Hz间任意更换，以适应不同的交流用电器；（10分）
（2）满载时进一步提高效率，使?大于85%；（10分）
（3）负载为感性时，输出电压波形失真度低于5%；（10分）
（4）当负载从空载到满载变化时，输出电压有效值稳定度高于3%；（10分）
（5）其他。（10分）
4、说明
（1）不能使用UPS或其它成品电源改制，不能使用电源模块；
（2）除车载电池部分输入外，不能使用其它辅助电源；本题中逆变电源效率?=PO/ PIN，其中PIN＝UIN*IIN，PO＝UO*IO*PF（PIN可通过电流、电压的测量值计算，PO用可以测量有功功率的电能表进行测试）；
（3）本题中只有在作发挥部分第（3）项测试时为感性负载（可接半满功率电动机），其它项测试时均为纯阻性负载；
（4）电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）；
（5）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果，而完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出；
在调试过程中，要注意安全。

二、乒乓球游戏机

 1、任务
要求用FPGA平台构造一个乒乓球游戏机。系统结构如图所示，FPGA通过两条I/O信号输出两组脉宽调制波，经过低通滤波器提取脉宽调制的均值电压，输入到双通道示波器中。示波器工作在X/Y模式。示波器屏幕上的光点代表乒乓球。乒乓球在X/Y电压的控制下在屏幕上移动。
2、基本要求：
1）、构造两组无源低通滤波器，使得FPGA可以用脉宽调制方式控制球的位置；(20分)
2）、用给定的运放(LM324)制作一放大器，使光点运动范围在示波器的X轴，Y轴方向上可调；(20分)
3）、乒乓球可按抛物线自动在屏幕上左右弹射，球的落点为屏幕两侧边的中间。(10分)
3、扩展要求：
1）、使用两个按钮分别作为左侧击球钮和右侧击球钮。当乒乓球靠近屏幕左边时按下左侧击球钮，可将球击回右侧。右侧击球钮亦然；(10分)
2）、建立成败机制，即球抵达边沿而未按下击球钮，记为击球失败，用LED灯光表示；(5分)
3）、建立记分机制，在七段数码管上显示双方得分；(10分)
4）、特殊功能，在不调整放大器的情况下，连按两下击球钮能击出高抛球，轨迹抛物线曲率变大；(10分)
5）、在人眼能分辨的前提下，球的运动速率可以调节。(10分)

三、噪声测量仪
1．任务：
   设计制作一个测量噪声的装置，使该装置能测试出周围环境噪声的分贝值。
2．基本要求： 
1）.能测量固定声源的分贝值，测量范围达到40～70dB。（20分）
2）.分辨率：0.5dB。（10分）
3）.频率范围：300～8000Hz 。（10分）
4）.具有显示噪声分贝值的功能；（10分）
 3.  发挥部分：
1） .提高测量分辨率为0.1dB；（10分）
2） 有超限报警功能，并且报警值可以设定；（10分）
3） 具有分段测试功能，低分贝测试段和高分贝测试段。(15分)
4） 测量范围达到40～100dB。（10分）
5） 其他。（5分）

四、波形发生器
1、任务
设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波。
2、基本要求
1）.信号发生器能产生正弦波、方波；（10分）
2）.输出信号频率在100Hz～100kHz范围内可调；（10分）
3）.在1k?负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调；（10分）
4）.输出信号波形无明显失真；频率稳定度：10-4（10分）
5）.可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率步进值；（10分）
3、发挥部分
（1）将输出信号频率范围扩展为1Hz～1MHz，输出信号频率步进间隔最小为1Hz；输出信号频率值可通过键盘进行设置；（20分）
（2）能产生双路信号，双路信号间相位可调。（10分）
（3）在50?负载条件下，输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0～5V范围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置；（10分）
（4）其他。（10分）

五、双轨移动平台
赛题背景及竞赛目的：
在加工制造业，工业机器人被广泛应用于生产流水线作业，实现各种零部件加工、装配过程。本题以一个简单的机器人作业过程综合考察参赛选手对制造工艺流程管理及自动配给、装配技术的理解，并着重考察运动控制方面的能力。
1、任务
设计一小车，使小车能将车上的乒乓球精准的放到导轨的孔洞里。
轨道的结构：中间有六个孔洞（右侧第一个洞口为出发校准口，比赛开始前参赛队员需将小车上的放置孔与之对齐），洞之间的中心距为20cm，洞的直径最大为6cm；小车模型横跨在导轨上，并且小车上部是一个放小球的漏斗，如下图。（导轨自己制作）
 
2、基本要求

 每个洞口接相对应的指示灯，保证在led灯亮的时候乒乓球掉入洞内，其它视为无效。（按照功能板上LED输出的标志，把六个指示灯接好，每个洞口放置一个LED等，如上图所示）     比赛过程：洞孔上方红色指示灯依次亮起熄灭，同一时间只有一盏灯亮，并且从右第一个至左，且灯保持开的状态是2S，2S之后灯熄灭，等待5S之后下一盏灯亮起，且保持2S。小车初始位置在移动平台最右端。
（1）小车在洞孔上方，开始信号后，孔洞上的灯点亮；小车在2秒内将乒乓球放入孔洞；（20分）
（2）小车运行到下一位置并将球放入第二个洞里；不能连续向同一孔洞放入2个球；（10分）
（3）小车能从右侧第2个孔洞运行到最左侧，并能将其余4个球全部放到相应孔洞；（20分）
3、发挥部分
比赛过程：洞孔上方红色指示灯依次亮起熄灭，同一时间只有一盏灯亮，并且从左第一个至右，且灯保持开的状态是1S，1S之后灯熄灭，等待2S之后下一盏灯亮起，且保持1S。小车初始位置放置在移动平台最右端。
（1）小车从右侧启动3秒后，最左侧的指示灯亮；小车能在4秒内从最右侧运行到最左侧，并将球准确放到最左侧的孔洞里；（20分）
（2）小车运行到左侧第二个洞上方并将球放入；不能连续向同一孔洞放入2个球；（5分）
(3) 然后小车能依次从左侧运行到右侧，将其余4个球放到相应孔洞；（20分）
（4）其他；（5分）
4、说明
1.比赛开始前所有参赛队伍需将小车放置于竞赛台面最右侧，并且保证乒乓球放置孔与右边第一个孔对齐，作为初始起点。（裁判员检查如发现偏差明显靠左视为蓄意抢跑，取消成绩）。
2.裁判下令比赛开始后，所有比赛平台将开始进行时间计时并开始循环执行预定任务并在数码管上显示当前计时。此时参赛队员应启动小车开始比赛，10S内未启动队伍视为自动弃权。
3.成功放入小球或放置任务失败之后，参赛队员方可重新往运动中的小车装载一个小球，继续比赛。（禁止该过程中参赛队员身体接触小车，如发生参赛队员强行手动调整小车位置情况，取消资格）
注意：
乒乓球在平台左侧可取，建议两名队员配合进行装载（必须在小球放入孔内或者小球放入孔内失败之后队员才可拿取乒乓球）。