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1、全国大学生电子设计竞赛 测控类赛题解析及备赛事项东南大学 电工电子实验中心胡仁杰基本基本题：题： 放大器放大器、电源电源、信号源信号源仪器仪表：仪器仪表： 电流电流、电压电压、频率频率、相位相位、失真度失真度 电子元件参数电子元件参数通信题：通信题： 发射发射/ /接收接收、编编/ /解码解码、信息通信信息通信测控题：测控题： 运动控制运动控制、位置控制位置控制、测量控制测量控制 变流技术变流技术竞赛题型大学生电子设计竞赛测控类赛题2003-简易智能电动车 2005-悬挂运动控制系统 2007-电动车跷跷板 2009-声音导引系统 2011-基于自由摆的平板控制系统 2011-智能小车 201
2、3-简易旋转倒立摆及控制装置 2013-四旋翼自主飞行器 2010、2012模拟电子系统设计竞赛题2003-简易智能电动车障 碍 物 1障 碍 物 21m1m2mR=0.8mCB5cm起 跑 线1.2m2.3m0.4m5cm5cm2cm5cm5cm2cm停车区0.4m12cm光源光源1.45 m0.4m0.3m直道区弯道区2mO50cm障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cm一、任务 设计并制作一个简易智能电动车。 二、要求电动车从起点开始，沿引导线行进，经过 弯道；在光源引导下，避障进入停车区，进入停 车位；检测地下薄铁；控制全程时间，强调速度；记录行程。障
3、 碍 物 1障 碍 物 21m1m2mR=0.8mCB5cm起 跑 线1.2m2.3m0.4m5c m5cm2c m5c m5c m2cm停车区0.4 m12c m 光源光源1.4 5m0.4 m0.3 m直 道 区弯道区2mO50c m障 碍 区引导线车库0.2m0.4m15cm12.5cm12.5cm5cm循迹：光电传感器铁片检测：涡流传感器、霍尔传感器避障：超声波传感器定点停车：红外传感器行程记录主要难点：速度与偏差,光相关自适应调整误区：开环控制2005-悬挂运动控制系统悬挂运动控制系统80cm100cm15cm15cm15cm原点15cm一、任务 通过两只电机控制物体 在倾斜板上运动
4、画出指定 的运动轨迹。 二、要求可控，到达指定目标按指定轨迹运动；控制运动速度;标识当前位置 ;循迹运动，运动趋势判断;2005-悬挂运动控制系统悬挂运动控制系统80cm100cm15cm15cm15cm原点15cm控制方法连接轨迹点与两线轴 过轨迹点向两线轴作垂线计算两三角形的斜线 两个轨迹点的对应斜线差 即为需收放的线长 路径规划：将路径细分成N小线段计算每一线段的起始点与 终点坐标计算移动每一线段时两电 机收放距离注意电机线轴直径的变化2005-悬挂运动控制系统步进电机控制与驱动起始定位循迹运动：光电传感器、轨迹趋势预 测2007-电动车跷跷板电动车跷跷板901600mmAB配重物体C2
5、00mm400mm图1 起始状态示意图90800mmAB70mm图2 平衡状态示意图CdAdB300mm90300mm图3 自动驶上跷跷板示意图电动车A B一、任务一、任务 设计并制作一个电动车跷跷 板，起始端A一侧装有可移动 的配重。电动车从起始端A出 发，可以自动在跷跷板上行驶。 跷跷板半圆轴上能转动。 二、要求二、要求电动车在跷跷板上往复行驶；通过行驶使跷跷板保持平衡；控制速度，计时；平衡状态间的调整. 2007-电动车跷跷板水平度检测：用电位器自制的倾角传感器、不 同倾斜度放置的水银开关、倾角传感器、加速 度传感器让小车保持直线运行，行程记录车速控制：步进式控制；车速与水平度相关小车行
6、进速度与行进距离矛盾的协调90800mmAB70mm图2 平衡状态示意图CdAdB2009-声音导引系统声音导引系统一、任务 设计并制作一声音导引 系统，一个可移动声源S， 三个声音接收器A、B和C， 用无线方式传输信号，引 导运动。接收器和声源间 无线通信。 二、要求以声音作为引导运动到指 定位置，定位准确；控制运动速度、运动方向.接收器 CWD1 m图图1 1 系统示意图系统示意图 xy1 mS 可移动 声源接收器 A接收器 B中点 O中点 O2009-声音导引系统声音导引系统接收器 CWD1 m图图1 1 系统示意图系统示意图 xy1 mS 可移动 声源接收器 A接收器 B中点 O中点
7、O工作原理 根据A、B接收到信号的时 间差引导移动声源作左右 运动；根据A、C接收到信 号的时间差引导移动声源 作上下运动； 运动位置精度要求1cm 时间测量精度： (340100) -12009-声音导引系统采用间歇式发声、音量适中声响传感器的灵敏度在不同控制阶段选择不同接收器的信号车速的控制：速度与偏离度相关难点：环境噪声的影响接收器灵敏度设定自适应能力电机平板摆杆固定支架转轴?电机转轴6cm10cm100cm电线硬币?20cm100cm150cm激光笔2011-基于自由摆的平板控制系统基于自由摆的平板控制系统一、任务 设计并制作一个自由摆上的平板控制系统，驱动电 机可以控制平板转动。 二
8、、要求自由摆摆动过程中，使平板上硬币不滑落、少滑动； 多个硬币保持叠放不滑落；在平板上固定一激光笔，保存照射在靶心，减少偏差；减少瞄向靶心的时间。2011-基于自由摆的平板控制系统摆动中平板状态应该如何 控制而让硬币不跌落？起始位置角度的检测电机转动的响应速度与控 制精度开始摆动的检测起摆时平板的预调整摆动过程中电机如何控制？电机平板摆杆固定支架转轴?电机转轴6cm10cm100cm电线硬币2011-基于自由摆的平板控制系统根据摆角，计算激光笔与水平线之间夹角AB、BD已知根据可知BE，进而得知BF、EFFD=BD-BF根据FD、FE可知EDF建立与EDF间关系2013-简易旋转倒立摆及控制装
9、置一、要求 设计制作旋转倒立摆二、要求控制旋转臂复旋转运动控制摆杆摆动完成圆 周运动，直至使摆杆摆起倒立；摆杆倒立状态下，施加干扰后能继续保持倒 立；摆杆倒立状态下，旋转臂作圆周运动。2013-简易旋转倒立摆及控制装置设计概要掌握起摆的节奏（固有摆动周期）快速测量摆杆位置驱动快速有力（电机选型与功率）系统结构稳定控制算法：模糊控制，PID抗撞击干扰：根据撞击后摆杆的角 速度变化速度控制电机转动摆杆质量选择2013-四旋翼自主飞行器一、要求 设计并制作一架四旋翼自主飞行器。 飞行区域俯视图 二、要求四旋翼自主飞行器从A区飞向B区， 在B区降落停机；再从B区飞向A 区降落停机；飞行器摆放在A区，下
10、面放一薄 铁片，飞行器拾取薄铁片起飞， 从1米示高线上方飞向B区，在空 中将薄铁片投放到B区；飞行器 再从示高线上方返回A区降落并 停机。2013-四旋翼自主飞行器设计概要飞行器选择：带载能力、续航时间、电机类型安全性控制器的功能、计算能力、计算速度飞行姿态测量：响应速度、测量精度飞行姿态控制：精确度、快速性，多电机控制的协调性调试方法与效率：系留；分动作调试（起飞、降落，前进、 后退，左右转向）TI杯模拟电子系统设计邀请赛20102010年年 噪声发生器 电子式温度调节器 基于SPWM的信号产生电路 20122012年年 高效LED驱动电路 简易电子秤 X-Y信号产生与图形显示2010-噪声
11、发生器一、任务一、任务 利用稳压二极管反向击穿时产 生的宽带噪声，设计制作一个输出 阻抗为50的噪声发生器。 二、要求二、要求 1. 输出噪声频率上限不低于20MHz； 2. 1MHz20MHz频率范围内的噪声 输出功率达到0dBm；噪声输出功 率的谱波动小于3dB； 3. 输出噪声功率谱分量大小可用键盘 预置并显示，预置范围为 -20dBm 0dBm，步进5dBm；R1Rwnoise outVCC10V2010-噪声发生器R1Rwnoise outVCC10V设计概要设计宽带放大器频率、带宽可控滤波器放大器末级功率驱动2010-电子式温度调节器电子式温度调节器图1 帕尔帖温度控制装置一、任务
12、一、任务 设计一电子式温度调节器 ，对帕尔帖(peltire)温度控 制装置内温度控制。 二、要求二、要求 1.准确显示温度值； 2.指定温度控制，快速、准 确、稳定； 3.按照温度曲线控制温度变 化。2010-电子式温度调节器帕 尔 贴 温 控 对 象集成模拟 传感器热电阻 二极管MCU 处理器差动放大比较器V/F转换A/D转换LED数码管LED灯柱LCD显示器CPLD/ FPGA数字式 传感器通断控制程控电压调节PWM控制程控电流调节电源电源实现方法多样性：温度测量与控制实验可控放大点阵LCD温度信号获取信号放大信号转换信号处理温度显示模拟控制方式数字控制方式2010-电子式温度调节器帕
13、尔 贴 温 控 对 象集成模拟 传感器热电阻 二极管MCU 处理器差动放大比较器V/F转换A/D转换LED数码管LED灯柱LCD显示器CPLD/ FPGA数字式 传感器通断控制程控电压调节PWM控制程控电流调节电源电源实现方法多样性：温度测量与控制实验可控放大点阵LCD温度信号获取信号放大信号转换信号处理温度显示模拟控制方式数字控制方式设计概要电流方向控制实现制热、制冷温度测量与校准调节供电电流电压以控制制热制冷量升降温速度控制：数字、模拟方式控制方法：模糊控制、PID温度控制速度与精确度间的矛盾及协调散热对升降温的影响2010-基于基于SPWM的信号产生电路的信号产生电路一、任务一、任务 设
14、计并制作一个基于正弦脉宽调制（SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation ）的信号产生电路 二、要求二、要求 1.产生的SPWM 信号通过有源低通滤波器生成正弦信号So(t)，低通截止频率 1kHz； 2. 正弦信号频率可通过键盘在100H800Hz范围预置，信号幅度峰峰值为5V 3. 正弦信号So(t)能实时跟踪外部输入正弦信号Si(t)的频率和相位，实现同频同 相，相位偏差5%。Si(t) 频率范围为100Hz800Hz，幅度峰峰值范围为 0.5V15V有源 低通滤波缓冲输入 电路放大A/D 转换最小系统键盘显示So(t)SPWMSi (t)2010-基
15、于基于SPWM的信号产生电路的信号产生电路有源 低通滤波缓冲输入 电路放大A/D 转换最小系统键盘显示So(t)SPWMSi (t)设计概要利用处理器的PWM接口产生SPWM信号设计滤波器获得正弦波正弦信号频率、幅度可调2012-高效高效LED驱动电路驱动电路一、任务一、任务 设计制作一个高效LED驱动电路，驱动5只白光LED串联发光装置，电路采用 3.3V单路直流稳压电源供电 。 二、要求二、要求用单片机控制电流调整LED发光管亮度。电流范围为1mA22mA保证LED串上电流不小于0.5mA的前提下，尽可能延长对LED的供电时间。检测LED的电流。2012-高效高效LED驱动电路驱动电路设计
16、概要设计宽输入电压范围的DC-DC电压变换器输出电流可调（可控电压源、可控电流源、 输出电压斩波）测量显示输出电流控制系统低功耗2012-简易电子秤简易电子秤一、任务一、任务 使用电阻应变片称重传感 器，实现电子秤。用砝码 作称重比对。 二、要求二、要求准确、稳定称重；称重传感器的非线性校正， 提高称重精度；实现“去皮”、计价功能；具备“休眠”与“唤醒” 功能，以降低功耗。2012-简易电子秤传感器灵敏度：10V/g称重传感器的标定传感器的线性化处理低漂移、高精度放大器设计2012-X-Y信号产生与图形显示信号产生与图形显示一、任务一、任务 设计制作一个X-Y信号产生与图形显示装置，示波器在X-Y工作方式 下显示图形；外加
