江西省2011年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)自選賽賽題
五個(gè)賽題本、?？仆ㄓ?，由參賽隊(duì)自選其中一道題，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告和制作完成作品。
一、車載正弦波逆變電源
1、任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作如下圖所示的車載正弦波逆變電源，圖中車載電池部分采用實(shí)驗(yàn)室可調(diào)直流穩(wěn)壓電源來(lái)模擬。

2、基本要求
制作車載正弦波逆變電源，輸入電壓DC12V±3V，輸出220V/50Hz正弦波。實(shí)現(xiàn)：
（1）滿載輸出功率50W，效率?不小于80%，輸出電壓波形失真度低于5%；（20分）
（2）當(dāng)輸入電壓為9V～15V時(shí)，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于1%；（10分）
（3）當(dāng)負(fù)載從空載到滿載變化時(shí)，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于5%；（10分）?
（4）具備輸入過(guò)壓（大于15V）和欠壓（小于9V）保護(hù)、輸出過(guò)流（I0大于0.23A）和負(fù)載短路保護(hù)等功能，當(dāng)故障解除后，能自動(dòng)恢復(fù)正常工作；（10分）
3、發(fā)揮部分
（1）能手動(dòng)調(diào)節(jié)正弦波的輸出電壓在220V與110V間、輸出頻率在50Hz與60Hz間任意更換，以適應(yīng)不同的交流用電器；（10分）
（2）滿載時(shí)進(jìn)一步提高效率，使?大于85%；（10分）
（3）負(fù)載為感性時(shí)，輸出電壓波形失真度低于5%；（10分）
（4）當(dāng)負(fù)載從空載到滿載變化時(shí)，輸出電壓有效值穩(wěn)定度高于3%；（10分）
（5）其他。（10分）
4、說(shuō)明
（1）不能使用UPS或其它成品電源改制，不能使用電源模塊；
（2）除車載電池部分輸入外，不能使用其它輔助電源；本題中逆變電源效率?=PO/ PIN，其中PIN＝UIN*IIN，PO＝UO*IO*PF（PIN可通過(guò)電流、電壓的測(cè)量值計(jì)算，PO用可以測(cè)量有功功率的電能表進(jìn)行測(cè)試）；
（3）本題中只有在作發(fā)揮部分第（3）項(xiàng)測(cè)試時(shí)為感性負(fù)載（可接半滿功率電動(dòng)機(jī)），其它項(xiàng)測(cè)試時(shí)均為純阻性負(fù)載；
（4）電源在最大輸出功率下應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長(zhǎng)的時(shí)間（測(cè)試期間，不能出現(xiàn)過(guò)熱等故障）；
（5）設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測(cè)試結(jié)果，而完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測(cè)試結(jié)果用附件給出；
在調(diào)試過(guò)程中，要注意安全。

二、乒乓球游戲機(jī)

?1、任務(wù)
要求用FPGA平臺(tái)構(gòu)造一個(gè)乒乓球游戲機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，F(xiàn)PGA通過(guò)兩條I/O信號(hào)輸出兩組脈寬調(diào)制波，經(jīng)過(guò)低通濾波器提取脈寬調(diào)制的均值電壓，輸入到雙通道示波器中。示波器工作在X/Y模式。示波器屏幕上的光點(diǎn)代表乒乓球。乒乓球在X/Y電壓的控制下在屏幕上移動(dòng)。
2、基本要求：
1）、構(gòu)造兩組無(wú)源低通濾波器，使得FPGA可以用脈寬調(diào)制方式控制球的位置；(20分)
2）、用給定的運(yùn)放(LM324)制作一放大器，使光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍在示波器的X軸，Y軸方向上可調(diào)；(20分)
3）、乒乓球可按拋物線自動(dòng)在屏幕上左右彈射，球的落點(diǎn)為屏幕兩側(cè)邊的中間。(10分)
3、擴(kuò)展要求：
1）、使用兩個(gè)按鈕分別作為左側(cè)擊球鈕和右側(cè)擊球鈕。當(dāng)乒乓球靠近屏幕左邊時(shí)按下左側(cè)擊球鈕，可將球擊回右側(cè)。右側(cè)擊球鈕亦然；(10分)
2）、建立成敗機(jī)制，即球抵達(dá)邊沿而未按下?lián)羟蜮o，記為擊球失敗，用LED燈光表示；(5分)
3）、建立記分機(jī)制，在七段數(shù)碼管上顯示雙方得分；(10分)
4）、特殊功能，在不調(diào)整放大器的情況下，連按兩下?lián)羟蜮o能擊出高拋球，軌跡拋物線曲率變大；(10分)
5）、在人眼能分辨的前提下，球的運(yùn)動(dòng)速率可以調(diào)節(jié)。(10分)

三、噪聲測(cè)量?jī)x
1．任務(wù)：
?? 設(shè)計(jì)制作一個(gè)測(cè)量噪聲的裝置，使該裝置能測(cè)試出周圍環(huán)境噪聲的分貝值。
2．基本要求：?
1）.能測(cè)量固定聲源的分貝值，測(cè)量范圍達(dá)到40～70dB。（20分）
2）.分辨率：0.5dB。（10分）
3）.頻率范圍：300～8000Hz 。（10分）
4）.具有顯示噪聲分貝值的功能；（10分）
?3.? 發(fā)揮部分：
1）?.提高測(cè)量分辨率為0.1dB；（10分）
2）?有超限報(bào)警功能，并且報(bào)警值可以設(shè)定；（10分）
3）?具有分段測(cè)試功能，低分貝測(cè)試段和高分貝測(cè)試段。(15分)
4）?測(cè)量范圍達(dá)到40～100dB。（10分）
5）?其他。（5分）

四、波形發(fā)生器
1、任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器，使之能產(chǎn)生正弦波、方波。
2、基本要求
1）.信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波；（10分）
2）.輸出信號(hào)頻率在100Hz～100kHz范圍內(nèi)可調(diào)；（10分）
3）.在1k?負(fù)載條件下，輸出正弦波信號(hào)的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內(nèi)可調(diào)；（10分）
4）.輸出信號(hào)波形無(wú)明顯失真；頻率穩(wěn)定度：10-4（10分）
5）.可實(shí)時(shí)顯示輸出信號(hào)的類型、幅度、頻率和頻率步進(jìn)值；（10分）
3、發(fā)揮部分
（1）將輸出信號(hào)頻率范圍擴(kuò)展為1Hz～1MHz，輸出信號(hào)頻率步進(jìn)間隔最小為1Hz；輸出信號(hào)頻率值可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置；（20分）
（2）能產(chǎn)生雙路信號(hào)，雙路信號(hào)間相位可調(diào)。（10分）
（3）在50?負(fù)載條件下，輸出正弦波信號(hào)的電壓峰-峰值Vopp在0～5V范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)節(jié)步進(jìn)間隔為0.1V，輸出信號(hào)的電壓值可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行設(shè)置；（10分）
（4）其他。（10分）

五、雙軌移動(dòng)平臺(tái)
賽題背景及競(jìng)賽目的：
在加工制造業(yè)，工業(yè)機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)流水線作業(yè)，實(shí)現(xiàn)各種零部件加工、裝配過(guò)程。本題以一個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)器人作業(yè)過(guò)程綜合考察參賽選手對(duì)制造工藝流程管理及自動(dòng)配給、裝配技術(shù)的理解，并著重考察運(yùn)動(dòng)控制方面的能力。
1、任務(wù)
設(shè)計(jì)一小車，使小車能將車上的乒乓球精準(zhǔn)的放到導(dǎo)軌的孔洞里。
軌道的結(jié)構(gòu)：中間有六個(gè)孔洞（右側(cè)第一個(gè)洞口為出發(fā)校準(zhǔn)口，比賽開(kāi)始前參賽隊(duì)員需將小車上的放置孔與之對(duì)齊），洞之間的中心距為20cm，洞的直徑最大為6cm；小車模型橫跨在導(dǎo)軌上，并且小車上部是一個(gè)放小球的漏斗，如下圖。（導(dǎo)軌自己制作）
?
2、基本要求

?每個(gè)洞口接相對(duì)應(yīng)的指示燈，保證在led燈亮的時(shí)候乒乓球掉入洞內(nèi)，其它視為無(wú)效。（按照功能板上LED輸出的標(biāo)志，把六個(gè)指示燈接好，每個(gè)洞口放置一個(gè)LED等，如上圖所示）???? 比賽過(guò)程：洞孔上方紅色指示燈依次亮起熄滅，同一時(shí)間只有一盞燈亮，并且從右第一個(gè)至左，且燈保持開(kāi)的狀態(tài)是2S，2S之后燈熄滅，等待5S之后下一盞燈亮起，且保持2S。小車初始位置在移動(dòng)平臺(tái)最右端。
（1）小車在洞孔上方，開(kāi)始信號(hào)后，孔洞上的燈點(diǎn)亮；小車在2秒內(nèi)將乒乓球放入孔洞；（20分）
（2）小車運(yùn)行到下一位置并將球放入第二個(gè)洞里；不能連續(xù)向同一孔洞放入2個(gè)球；（10分）
（3）小車能從右側(cè)第2個(gè)孔洞運(yùn)行到最左側(cè)，并能將其余4個(gè)球全部放到相應(yīng)孔洞；（20分）
3、發(fā)揮部分
比賽過(guò)程：洞孔上方紅色指示燈依次亮起熄滅，同一時(shí)間只有一盞燈亮，并且從左第一個(gè)至右，且燈保持開(kāi)的狀態(tài)是1S，1S之后燈熄滅，等待2S之后下一盞燈亮起，且保持1S。小車初始位置放置在移動(dòng)平臺(tái)最右端。
（1）小車從右側(cè)啟動(dòng)3秒后，最左側(cè)的指示燈亮；小車能在4秒內(nèi)從最右側(cè)運(yùn)行到最左側(cè)，并將球準(zhǔn)確放到最左側(cè)的孔洞里；（20分）
（2）小車運(yùn)行到左側(cè)第二個(gè)洞上方并將球放入；不能連續(xù)向同一孔洞放入2個(gè)球；（5分）
(3) 然后小車能依次從左側(cè)運(yùn)行到右側(cè)，將其余4個(gè)球放到相應(yīng)孔洞；（20分）
（4）其他；（5分）
4、說(shuō)明
1.比賽開(kāi)始前所有參賽隊(duì)伍需將小車放置于競(jìng)賽臺(tái)面最右側(cè)，并且保證乒乓球放置孔與右邊第一個(gè)孔對(duì)齊，作為初始起點(diǎn)。（裁判員檢查如發(fā)現(xiàn)偏差明顯靠左視為蓄意搶跑，取消成績(jī)）。
2.裁判下令比賽開(kāi)始后，所有比賽平臺(tái)將開(kāi)始進(jìn)行時(shí)間計(jì)時(shí)并開(kāi)始循環(huán)執(zhí)行預(yù)定任務(wù)并在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前計(jì)時(shí)。此時(shí)參賽隊(duì)員應(yīng)啟動(dòng)小車開(kāi)始比賽，10S內(nèi)未啟動(dòng)隊(duì)伍視為自動(dòng)棄權(quán)。
3.成功放入小球或放置任務(wù)失敗之后，參賽隊(duì)員方可重新往運(yùn)動(dòng)中的小車裝載一個(gè)小球，繼續(xù)比賽。（禁止該過(guò)程中參賽隊(duì)員身體接觸小車，如發(fā)生參賽隊(duì)員強(qiáng)行手動(dòng)調(diào)整小車位置情況，取消資格）
注意：
乒乓球在平臺(tái)左側(cè)可取，建議兩名隊(duì)員配合進(jìn)行裝載（必須在小球放入孔內(nèi)或者小球放入孔內(nèi)失敗之后隊(duì)員才可拿取乒乓球）。