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1、这周竞赛训练题（20140719）共有7题，其中控制类3题（1-3），信号类2题（4-5），电源类2题（6-7），考虑到学生的前期准备的内容不一样，题目难度有所差别，请各组学生根据自己的情况选择作为下一周的训练，也可以从上期的训练题中选择（设计和测试作品注意人身安全，尤其是电源类题目）！1.声音定位系统一、任务 设计一套声音定位系统。在一块不大于1m2的平板上贴一张500mm350mm的坐标纸，在其四角外侧分别固定安装一个声音接收模块，声音接收模块通过导线将声音信号传输到信息处理模块，声音定位系统根据声响模块通过空气传播到各声音接收模块的声音信号，判定声响模块所在的位置坐标。系统结构示意图如图
2、1所示。图1 声音定位系统结构示意图二、要求1. 基本要求(1) 设计制作一个声响模块，含信号产生电路、放大电路和微型扬声器等，每按键一次发声一次，声音信号的基波频率为500Hz左右，声音持续时间约为1s。要求声响模块采用3V以下电池供电，功耗不大于200mW。(2) 设计制作四路声音接收模块，由麦克风、放大电路等组成，并分别与信息处理模块相连接，以便将频率为500Hz左右的信号传送至信息处理模块。(3) 设计制作一个信息处理模块，要求该模块能根据从声音接收模块传来的信号判断声响模块所在位置的x、y坐标，并以数字形式显示x、y坐标值，位置坐标值误差的绝对值不大于30mm。2. 发挥部分(1)
3、改善接收信号的放大电路性能，改进算法，进一步提高定位精度。(2) 控制声响模块以不间断的连续周期波的形式发出声音信号，其基波频率为500Hz左右。当声响模块在坐标纸上移动时，声音定位系统能连续跟踪显示声响模块的x、y坐标值，随机停止声响模块的移动，能立即稳定地显示声响模块的x、y坐标值，误差的绝对值不大于10mm。(3) 具有显示声响模块移动轨迹的功能。当声响模块在坐标纸上按指定路径移动时，液晶显示屏能动态显示声响模块移动的轨迹，显示的轨迹与声响模块移动的路径一致。(4) 其它。三、评分标准设计报告项 目主要内容满分系统方案声音定位系统总体方案设计2理论分析与计算声响模块分析、计算声音接收放大
4、器分析、计算数据处理原理分析、计算5电路与程序设计声响模块电路设计声音接收放大器电路设计测量、数据处理电路设计程序设计及其流程图8测试方案与测试结果测试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析3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基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项12完成第（2）项16完成第（3）项12其它10总分50四、说明(1) 必须预留信号的测试点。(2) 采用三个声音接收模块即可实现定位，第四个模块可对定位作进一步校正。(3) 不允许声响模块与其他电路有任何连接，并要求在声响模块上做出明显标记，以便清晰判读模块所在坐标数值。(4) 声响模块移动轨
5、迹的显示要求采用分辨率不低于12864的液晶显示屏。(5) 注意声音通过其它传播介质带来的影响。2.运动球体识别装置一、任务 设计并制作一个运动球体识别装置，实现运动球体直径和材质的检测、显示和语音播报等功能，其结构原理如下图所示。球体跑道检测端B端A端传感器语音播报单片机键 盘显 示二、要求1基本要求（1）具有运动球体直径、体积、A端到B端运转时间、累计个数的显示功能；（2）具有运动球体直径、体积、A端到B端运转时间、累计个数的语音播报；（3）直径测量误差0.5cm；（4）具有运动方向（AB或BA）显示功能。（5）能识别三种不同直径（10D40mm）类型的运动球体。2发挥部分（1）具有存储数
6、据自动回放打印功能；（2）直径测量误差0.2cm；（3） 对运动球体具有可双方向运动时的检测功能，并实现相应运动球体运动个数扣除；（4）具有运动球体材质检测功能（金属或非金属）；（5）创新性。三、评分标准 项目满分基本要求设计与总结报告：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，测试数据及测试结果分析。50完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项实际制作完成情况（包括工艺结构及经济性）10完成第（5）项10发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10创新性10总分150四、说明1球体直径范围10-
7、40mm；2检测闸口采用水平放置，长度为1000mm；3单球通过的时间不大于10秒钟；4不能采用图像处理方式。3便携式脉搏测试仪一、任务设计并制作一个便携式人体脉搏测试仪，该测试仪采用红光或红外光发射接收技术，从人体手指或耳垂处采样获取脉搏信息，并能实时显示被测者每分钟的脉搏数。其系统框图如图1所示，其中A、B为2处信号观测点用于作品评测。图1 脉搏测试仪系统方框图二、要求1、基本要求（1） 设计制作光电脉搏探头，发射红外光或红光作为探测信号，照射到指尖等人体组织后，接收其透射或反射信号。（2） 设计制作脉搏信号调理电路与信息处理电路，测量并显示被测人每分钟脉搏次数，以医学仪器产品同时测量值为
8、对照，测量误差不大于3次。（3） 测试仪必须采用3.6V电池供电，并尽量降低待机电流与工作电流。作品应留有电池供电电流测试点以便评测时测量功耗。（4） 测试仪能在白天室内日常亮度环境下正常工作。（5） 测试仪在测量状态时，能在光电探头达到合适测试部位时自动启动测量，1分钟完成测量后自动待机，直至撤离探头并再次达到测试部位时自动启动下一次测量。 2、发挥部分（1） 可预置脉搏次数上下告警门限，当脉搏次数测量值超出告警限时，测试仪告警。 （2） 可将测试仪设置为监护状态或回放状态。在监护状态，测试仪进行定时、连续长时间测量并保存测量数据，在回放状态，回放所保存测量数据。记录数据时应包括其测量时间。
9、（3） 可在不小于12864点阵的屏幕上实现光电脉搏信号波形动态显示。（4） 其它。三、 评分标准设计报告项 目主要内容分数系统方案比较与选择方案描述系统总体方框图3理论分析与计算光电发射接收参数分析与计算脉搏信号参数分析信息采样与处理参数分析与计算波形显示参数分析与计算6电路与程序设计光电转换电路设计调理电路设计程序设计6测试方案与测试结果测试方案、条件及仪器测试结果完整性测试结果分析3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基本要求实际制作50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项10其他10总分50四、说明1.本题只能使用一个控制器，并指定使用
10、LaunchPad MSP430 单片机开发板。2. 不允许使用光电发射接收器一体化成品。3. 光电脉搏检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之 改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏，组织的半透明度增大，这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。利用波长600-1000nm的红光或红外发光二极管产生的光线照射到人体的手指尖、耳垂等部位，用装在该部位另一侧或同侧旁边的光电接收管来检测机体组织的透明程度，即可将搏动信息转换成电信号。4.微弱信号检测装置一、任务正弦波信号源微弱信号检测电路噪声源VS VN VC Vo 纯电阻分压网络显示电路加法器Vi
11、 A B C D E 设计并制作一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。为便于测评比较，统一规定显示峰值。整个系统的示意图如图1所示。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav文件）来产生，通过PC机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。图中A、B、C、D和E分别为五个测试端点。图1 微弱信号检测装置示意图二、要求1. 基本要求（1）噪声源输出VN的均方根电压值固定为1V0.1V；加法器的输出VC =VS+VN，带宽大于1MHz；纯电阻分压网络
12、的衰减系数不低于100。（2）微弱信号检测电路的输入阻抗Ri1 MW。（3）当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz、幅度峰峰值在200mV 2V范围内时，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。2. 发挥部分（1）当输入正弦波信号VS 的幅度峰峰值在20mV 2V范围内时， 检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。（2）扩展被测信号VS的频率范围，当信号的频率在500Hz 2kHz范围内，检测并显示正弦波信号的幅度值，要求误差不超过5%。（3）进一步提高检测精度，使检测误差不超过2%。（4）其它（例如，进一步降低VS 的幅度等）。三、评分标准设计报告项 目满分方案论证5理
13、论分析与计算4电路设计6测试方案与测试结果3设计报告结构及规范性2总分20基本要求实际制作完成情况50发挥部分完成第（1）项13完成第（2）项12完成第（3）项15其它10总分50四、说明1. 本题必须使用TI 的Launchpad（MSP430小开发板）来完成。2. 微弱信号检测电路要求采用模拟方法来实现。常用的微弱信号检测方法有：滤波，锁相放大，取样积分等（仅供参考）。3. 为便于各个模块的测试，所有测试端点（AE）应做成跳线连接方式。4. 检测并显示正弦波信号的幅度值是指输入正弦波信号VS 的幅度（即峰值）。5. 赛区测评时，应固定使用某一装置（PC机或MP3）来产生噪声源，所有作品均应
14、采用该噪声源进行测试。5.单相正弦波移相器一、任务设计一个输入信号频率可调，峰值范围为0.1V1V的正弦波移相器，使输出信号与输入信号间的相位差在0180之间任意可调。其结构图如图所示:二、要求1、基本要求当输入信号频率为1kHz时，满足以下各项要求：（1）输出信号与输入信号的相位差在0180之间可任意调解；（2）输入信号峰值在0.1V1V范围内变化时，输出信号峰值也按相同趋势变化。输入信号与输出信号的频率变化小于10，幅值变化小于10；（3）输出信号失真度小于20；（4）相位差分辨率优于5；（5）显示输出与输入信号的相位差。2、发挥部分（1）输入信号在0.5kHz3kHz之间调节时，可在01
15、80间移相；（2）输入信号在0.5kHz3kHz之间调节时，幅值变化小于10；（3）相位调节分辨率优于1；（4）具有断电存储功能，下次开启能显示上次的相位值；（5）输出信号的失真小于10。三、评分标准项目满分基本要求设计与总结报告：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，测试数据及测试结果分析。50完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项10发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项10总分150四、说明不允许使用成品DDS芯片。6.单相AC-DC变换电路三、评
16、分标准四、说明7.单相交流可控变换电源一、任务 采用可控整流-滤波-逆变的电路结构形式，设计一个单相交流输入电压可调，在阻抗负载变化时，能维持逆变输出交流电压稳定的一个可控变换电源系统。电源变压器可采用单相自耦变压器，变换电源容量在500-1kw范围内，负载电阻R=200，可显示逆变输出电压有效值。系统组成原理如图1所示。图1 原理示意图二、要求1基本要求（1）当U1=110V，负载阻抗Z=0时，输出电压U0应维持在100V（f=50Hz），误差小于5%。（2）当U1=110V，负载阻抗Z对应电感L=20-30mH时，输出电压U0应维持在100V（f=50Hz），误差小于5%。（3）当U1=1
17、10V，负载阻抗Z对应电容C=250-350f时，输出电压U0应维持在100V（f=50Hz），误差小于5%。（4）当负载阻抗Z对应电感L=20-30mH时，输入电压U1在110-60V范围内变化时，输出电压U0应维持在50V（f=50Hz），误差小于5%。（5）当负载阻抗Z对应电感L=20-30mH，U1=110V时，使输出电压U0维持在50V，且频率f=60Hz，误差小于5%。2发挥部分（1）对基本要求中的第（1），（2）和（3）项控制误差小于3%。（2）对基本要求中的第（4）项控制误差小于3%。（3）对基本要求中的第（4）项，输出电压和电流波形无明显畸变，且输出功率因数cos0.98。（
18、4）当U1=110V，由上述阻值的R、L和C串联组成负载，输出电压U0应维持在100V（f=50Hz），误差小于3%。（5）其它功能。三、评分标准 项目满分基本要求设计报告。要求有封面、方案论证、系统结构图、功能模块的电路设计、软件流程图；必要调试说明、作品实现的技术指标、元器件清单及价格表；电路原理图要用Protel软件绘制。字数控制在10页之内。20完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项10完成第（4）项10完成第（5）项10发挥部分完成第（1）项10完成第（2）项10完成第（3）项15完成第（4）项10完成第（5）项5总分120四、说明 输出电压超过36伏安全电压，请在设计时注意安全。