陕西理工学院2015年电子设计竞赛题目

1、陕西理工学院2015年电子设计竞赛题目A题：四旋翼飞行器1 .任务设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器。2 .要求四旋翼飞行器能够完成以下飞行动作：(1)飞行器能够根据起飞前预置的指令起飞，飞离地面高度应超过30cm,飞行距离(水平)应超过60cm,然后飞行器应能平稳降落。(30分)(2)飞行器能够根据指定(键盘设定)的飞行高度及降落地点(方向及距离)连续稳定地完成起飞、指定高度水平飞行、平稳降落等动作。(20分)(3)飞行器能够根据起飞前预置的指令垂直起飞，起飞后能够在50cm以上高度平稳悬停5s以上，然后再平稳缓慢降落到起飞地点；起飞与降落地点水平距离 不超过30cm。(30分)(4)其他自主发挥设计的飞行动作。(20分)(5)设计报告(20分)项目主要内容分数系统方案方案比较，方案描述5设计与论证飞行器姿态测量方法飞行控制器控制方法与参数计算8测试测试方法与测试结果5设计报告结构及规范性摘要，正文结构完整性、内容规范性2小计203 .说明(1) 飞行器的姿态检测及飞行控制必须使用通用单片机控制器，如 C51、STM32 或 MSP430 等。(2) 飞行器在完成每一项飞行动作期

2、间不得以任何方式进行人为干预，如遥控等。(3) 飞行器的尺寸可自行选定。(4) 飞行方向以正北方向为0、东北方向为45、正东方向为90等，以此类 推；距离的单位为厘米(cm)。(5) 指定的降落地点是指降落地点距起飞地的水平距离及方向。(6) 平稳降落是指在降落过程中无明显的跌落、弹跳及着地后滑行等情况出现。(7) 能够完成要求(2)时，要求(1)可以免测。(8) 为确保安全，飞行器应在安全网中或在系留方式下工作(即以绳索将飞行器 拴在地面固定物上)。B题：金属物体探测定位器4 .任务设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用TI公司LDC1000电感/数字转换 器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位 指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径2 （mm）的铁丝围成约50cnriX50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。无色透明普通玻璃板或有机玻璃板50cmi X50cm金属物体玻璃板下铁丝方框f玻璃板下图1金属物体探测环境示意图5 .

3、要求（6）在探测区域内某处（距探测边界5cm）玻璃下放置一枚直径约19mm的镀锲 钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从 探头进入区”一侧任意 指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应 指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）（7）将1角硬币更换成直径约25mm的镀锲钢芯1元硬币（第五套人民币1元硬币）， 重复要求（1）的探测过程。定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误 差应控制在5mm以内；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）（8）将硬币改为自制圆铁环（用 2铁丝绕制），铁环外直径4cm。重复要求（1） 的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不 超过3分钟。（30分）（9）其他自主发挥功能。（10分）（10）设计报告。（20分）项目主要内容分数系统方案系统结构、方案比较与选择4理论分析与计算

4、探测器组成方案与工作原理分析、检测与控制算法6电路与程序设计电路设计，程序结构与设计5测试方案与测试结果测试结果及分析3设计报告结构及规范性摘要，设计报告正文的结构，公式、图表的 规范性2总分2016.说明(1)(2)(3)金属物体探测定位装置探头采用 AY-LDC1000板(由TI公司提供),可直接 用AY-LDC1000板上的覆铜线圈，也可自制线圈；不得安装其他传感与摄像 装置。探测开始后，不得手动或遥控探测器。玻璃板可采用普通无色玻璃(玻璃边沿需贴上胶带以防划伤)，也可用无色透 明有机玻璃板；玻璃板长宽尺寸应大于 50cm、厚度约3mm。探头从探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方向，以及探测区域 内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。#C题：锁定放大器的设计1.任务设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器(LIA)。锁定放大器基本组成框图见 图1。信号通道信号 交流1放大器S(t)带通滤波器x(t)相敏f检波器低通滤波器直流放大器输出参考通道r(t)参考0-R(t)触发整形移相器*方波 驱动0C83图1锁定放大器基本组成结构43东部西部口北部2.要求(D外接信号

5、源提供频率为1kHz的正弦R(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S(t)端，S(t)端幅度有效值为10“V1mV (5 分)参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号R(t)可连续或步进移相 180度，步进间距小于10度。(20分)信号通道的3dB频带范围为900H入1100H4 误差小于20% (10分)(4)在锁定放大器输出端，设计一个能测量并显示被测信号S(t)幅度有效值的电路。所测量的显示值与S有效值的误差小于10% (15分)(5)在锁定放大器信号S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。(5分)n(t)图2锁定放大器叠加噪声电路图S(t)(6)用另一信号源产生一个频率为10502100Hz的正弦波信号作为n(t),将其叠加在 锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)0 n(t)亦可由与获得S同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测 量误差小于10% (20分)(7)增加n(t)幅度，使之等于10S(t),锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误差小于

6、10% (20 分)(8)其他自主发挥。(5分)(9)设计报告。(20分)3.说明项目主要内容满分系统方案总体方案设计4理论分析与计算锁定放大器各部分指标分析与计算6电路与程序设计总体电路图，程序设计4测试方案与测试结果测试数据完整性，测试结果分析4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2总分20(1)各信号输入、输出端子必须预留测量端子，以便于测量。(2)要求(1)和(6)中的电阻分压网络的分压比例自行定义。由于 “V级信号常规 仪器难以测量，可通过适合加大输入信号幅度的方法，测量并标定其分压比。(3)关于锁定放大器的原理可参考微弱信号检测。高晋占编著，清华大学出版社 2004 年。D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器1.任务基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1,设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的 音频放大器，完成对台式麦克风音频信号的放大，通过功率放大电路送喇叭输出。电路 示意图如图1所示。接信号源拾 音 电 路K1频功率放大器B , I 啸叫抑制II+ 啸叫检测功 率 放 大 电 路VoRl8J图1电路示意图2.要求（1）设计并制作图1中所示的“拾音

7、电路”和“功率放大电路”，构成一个基本的 音频功率放大器。要求：（25分）a）在输入音频信号有效值为20mV时，功率放大器的最大不失真功率（仅考虑 限幅失真）为5W,误差小于10%;b）在输入音频信号有效值为20mV时，程控设置功率放大器的输出功率，功率 范围为50mW5W;c）功率放大器的频率响应范围为 200Hz 10kHz。（2）系统采用12V直流单电源供电，所需其他电源应自行制作。（10分）（3）在功率放大器输出功率为5W时，电路整体效率80%。（10分）（4）将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置，见图2 （a）,使用电脑播放音乐作 为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号，经功率放大电路送喇叭输出， 输出的音频信号清晰。（5分）（5）设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器要求:（15 分）a）在不进行啸叫抑制时（图1的选择开关K1连接A端，K2连接C端），将麦 克风与喇叭相隔1m面对面放置，见图2 （b）,从小到大调整功率放大器的输 出功率，直到产生啸叫时停止；b）啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频 率和相应

8、的功率放大器输出功率；c）启动啸叫抑制电路（图1的选择开关K1连接B端，K2连接D端），音频功 率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。（6）进一步改进啸叫抑制电路。在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到 5W功率，啸叫抑制电路仍能正常工作，进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。（30分）（7）其他。（5分）（8）设计报告（20分）项目主要内容满分方某论证比较与选择，方某描述3理论分析与计算系统相关参数设计5电路与程序设计系统组成，原理框图与各部分的电路图，系 统软件与流程图5测试方案与测试结果测试结果完整性，测试结果分析5设计报告结构及规范性摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性2总分203.说明(1) 作品使用的麦克风应为台式全向麦克风，其灵敏度要大于 -45dBV/P,插头 直径为3.5mm,输出阻抗为1kC 2.2kQ0关于麦克风灵敏度的定义是馈给 1Pa（94dB） 的声压时，麦克风输出端的电压（dBV）。有些麦克风给出的灵敏度单位为 dB/Bar,注 意之间的转换。(2) 作品使用的喇叭应为组合纸盆方式的电动式喇叭，额定功率为 5W,额定阻抗为811(3) 麦克风和喇叭可以直接购买，在设计报告中必须附有所购买的麦克风和喇叭 的产品说明书或性能参数。(4) 作品要求拾音电路的输入接口，以及功率放大电路连接到喇叭的接口必须外 露，可方便进行连接，以便测试时使用。(5) 作品评测由赛区统一准备测试平台，并统一使用由测试专家准备的台式麦克 风和喇叭进行测试。(6) 作品要求(1)、(2)和(3)的指标测试，使用音频信号源外加正弦信号和外加8建纯电阻负载的方式进行测试。要求 TPA3112D1的功率放大电路带有LC滤波, 输出的正弦信号无明显失真。(7) 作品要求(4)、(5)和(6)的指标测试，使用电脑USB喇叭(功率不超过1W)播放音乐作为信号源，放置在距麦克风示。20cm的位置。具体测试的框图如图 2所电脑喇叭。卜20cm100cm功放喇叭(a)作品基本部分(4)的测试电脑喇叭20cmQ80cm功放喇叭(b)作品发挥

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