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电子设计方案

25
2020年4月19日
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模拟路灯控制系统(I题)
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一套模拟路灯控制系统。控制系统结构如图1所示，路灯布置如图2所示。

图1  路灯控制系统示意图

图2  路灯布置示意图（单位：cm）
二、要求
1．基本要求
（1）支路控制器有时钟功能，能设定、显示开关灯时间，并控制整条支路按时开灯和关灯。
（2）支路控制器应能根据环境明暗变化，自动开灯和关灯。
（3）支路控制器应能根据交通情况自动调节亮灯状态：当可移动物体M（在物体前端标出定位点，由定位点确定物体位置）由左至右到达S点时（见图2），灯1亮；当物体M到达B点时，灯1灭，灯2亮；若物体M由右至左移动时，则亮灯次序与上相反。
（4）支路控制器能分别独立控制每只路灯的开灯和关灯时间。
（5）当路灯出现故障时（灯不亮），支路控制器应发出声光报警信号，并显示有故障路灯的地址编号。
2．发挥部分
（1）自制单元控制器中的LED灯恒流驱动电源。
（2）单元控制器具有调光功能，路灯驱动电源输出功率能在规定时间按设定要求自动减小，该功率应能在20%～100%范围内设定并调节，调节误差≤2%。
（3）其它（性价比等）。
三、说明
1．光源采用1 W的LED灯，LED的类型不作限定。
2．自制的LED驱动电源不得使用产品模块。
3．自制的LED驱动电源输出端需留有电流、电压测量点。
4．系统中不得采用接触式传感器。
5．基本要求（3）需测定可移动物体M上定位点与过“亮灯状态变换点”（S、B、S’等点）垂线间的距离，要求该距离≤2cm。
四、评分标准

项目
满分
设计
报告
方案比较与论证
方案描述
比较与论证
5
理论分析与设计
单元设计
系统设计
5
电路图和设计文件
完整性
规范性
5
测试数据与分析
系统测试
结果分析
5
总分
20
基本
要求
实际制作完成情况
50
发挥
部分

完成(1)
15
完成(2)
25
其它
10
总分
50

题目三 简易无线电遥控系统
一、任务
设计并制作无线电遥控发射机和接收机。
1．无线电遥控发射机

2．无线电遥控接收机

二、要求
1．基本要求
　　（1）工作频率：fo=6～10MHz中任选一种频率。
　　（2）调制方式：AM、FM或FSK……任选一种。
　　（3）输出功率：不大于20mW（在标准75Ω假负载上）。
　　（4）遥控对象：8个，被控设备用LED分别代替，LED发光表示工作。
　　（5）接收机距离发射机不小于10m。
2．发挥部分
　　（18路设备中的一路为电灯，用指令遥控电灯亮度，亮度分为8级并用数码管显示级数。
　　（2）在一定发射功率下（不大于20mW），尽量增大接收距离。
　　（3）增加信道抗干扰措施。
　　（4）尽量降低电源功耗。
　　注：不能采用现成的收、发信机整机。
三、评分意见

项 目
得 分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论证，理论计算与分析，电路图，测试方法与数据，结果分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
12
完成第（2）项
8
完成第（3）项
5
完成第（4）项
5
特色与创新
20

C题 水温控制系统
一、任务
设计并制作一个水温自动控制系统，控制对象为1升净水，容器为搪瓷器皿。水温能够在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动控制，以保持设定的温度基本不变。
二、要求
1．基本要求
　　（1）温度设定范围为40～90℃，最小区分度为1℃，标定温度≤1℃。
　　（2）环境温度降低时（例如用电风扇降温）温度控制的静态误差≤1℃。
　　（3）用十进制数码管显示水的实际温度。
2．发挥部分
　　（1）采用适当的控制方法，当设定温度突变（由40℃提高到60℃）时，减小系统的调节时间和超调量。
　　（2）温度控制的静态误差≤0.2℃。
　　（3）在设定温度发生突变（由40℃提高到60℃）时，自动打印水温随时间变化的曲线。
三、评分意见

项 目
得 分
基本要求
设计与总结报告：方案设计与论证，理论分析与计算，电路图，测试方法与数据，对测试结果的分析
50
实际制作完成情况
50
发挥部分
减小调节时间和超调量
20
温度控制的静态误差≤0.2℃
10
实现打印曲线功能
10
特色与创新
10

C题 自动往返电动小汽车
一、任务
设计并制作一个能自动往返于起跑线与终点线间的小汽车。允许用玩具汽车改装，但不能用人工遥控（包括有线和无线遥控）。

跑道宽度0.5m，表面贴有白纸，两侧有挡板，挡板与地面垂直，其高度不低于20cm。在跑道的B、C、D、E、F、G各点处画有2cm宽的黑线，各段的长度如图1所示。
二、要求
1．基本要求
　　（1）车辆从起跑线出发（出发前，车体不得超出起跑线），到达终点线后停留10秒，然后自动返回起跑线（允许倒车返回）。往返一次的时间应力求最短（从合上汽车电源开关开始计时）。
　　（2）到达终点线和返回起跑线时，停车位置离起跑线和终点线偏差应最小（以车辆中心点与终点线或起跑线中心线之间距离作为偏差的测量值）。
　　（3）D～E间为限速区，车辆往返均要求以低速经过，经过时间不得少于8秒，但不允许在限速区内停车
2．发挥部分
　　（1）自动记录、显示一次往返时间（记录显示装置要求安装在车上）。
　　（2）自动记录、显示行驶距离（记录显示装置要求安装在车上）。
　　（3）其它特色与创新。
三、评分标准
项目与指标
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
实际制作完成情况
50
发挥 部分
完成第（1）项
15
完成第（2）项
25
完成第（3）项
10
四、说明
　　 （1）不允许在跑道内外区域另外设置任何标志或检测装置。
　　 （2）车辆（含在车体上附加的任何装置）外围尺寸的限制：长度≤35 cm，宽度≤15cm。
　　 （3）必须在车身顶部明显标出车辆中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。

简易智能电动车（E题）

一、任务
设计并制作一个简易智能电动车，其行驶路线示意图如下：

二、要求
1、基本要求
（1）电动车从起跑线出发（车体不得超过起跑线），沿引导线到达B点。在“直道区”铺设的白纸下沿引导线埋有1~3块宽度为15cm、长度不等的薄铁片。电动车检测到薄铁片时需立即发出声光指示信息，并实时存储、显示在“直道区”检测到的薄铁片数目。

（2）电动车到达B点以后进入“弯道区”，沿圆弧引导线到达C点（也可脱离圆弧引导线到达C点）。C点下埋有边长为15cm的正方形薄铁片，要求电动车到达C点检测到薄铁片后在C点处停车5秒，停车期间发出断续的声光信息。
（3）电动车在光源的引导下，经过障碍区进入停车区并到达车库。电动车必须在两个障碍物之间经过且不得与其接触。
（4）电动车完成上述任务后应立即停车，但全程行驶时间不能大于90秒，行驶时间达到90秒时必须立即自动停车。
2、发挥部分
（1）电动车在“直道区”行驶过程中，存储并显示每个薄铁片（中心线）至起跑线间的距离。
（2）电动车进入停车区域后，能进一步准确驶入车库中要求电动车的车身完全进入车库。
（3）停车后，能准确显示电动车全程行驶时间。
（4）其它。
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
实际完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
15
完成第（2）项
17
完成第（3）项
8
其它
10
四、说明
1、跑道上面铺设白纸，薄铁片置于纸下，铁片厚度为0.5～1.0mm。
2、跑道边线宽度5cm，引导线宽度2cm，能够涂墨或粘黑色胶带。示意图中的虚线和尺寸标注线不要绘制在白纸上。
3、障碍物1、2可由包有白纸的砖组成，其长、宽、高约为50cm × 12cm × 6cm，两个障碍物分别放置在障碍区两侧的任意位置。
4、电动车允许用玩具车改装，但不能由人工遥控，其外围尺寸（含车体上附加装置）的限制为：长度≤35cm，宽度≤15cm。
5、光源采用200W白炽灯，白炽灯泡底部距地面20cm，其位置如图所示。
6、要求在电动车顶部明显标出电动车的中心点位置，即横向与纵向两条中心线的交点。

F题
液体点滴速度监控装置（F题）

一、任务
设计并制作一个液体点滴速度监测与控制装置，示意图如右图所示。
二、要求
  1、基本要求
（1）在滴斗处检测点滴速度，并制作一个数显装置，能动态显示点滴速度（滴/分）。
（2）经过改变h2控制点滴速度，如右图所示；也能够经过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示，设定范围为20~150(滴/分)，控制误差范围为设定值 10% 1滴。
（3）调整时间≤3分钟（从改变设定值起到点滴速度基本稳定，能人工读出数据为止）。
（4）当h1降到警戒值（2~3cm）时，能发出报警信号。
2、发挥部分
设计并制作一个由主站控制16个从站的有线监控系统。16个从站中，只有一个从站是按基本要求制作
的一套点滴速度监控装置，其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。
（1）主站功能：
a．具有定点和巡回检测两种方式。
b．可显示从站传输过来的从站号和点滴速度。
c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的点滴速度。
d．收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可用手动方式解除报警状态。
（2）从站功能：
a．能输出从站号、点滴速度和报警信号；从站号和点滴速度能够任意设定。
b．接收主站设定的点滴速度信息并显示。
c．对异常情况进行报警。
（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。
（4）其它。
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
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
22
完成第（2）项
13
完成第（3）项
5
其它
10
四、说明
1、控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。
2、储液瓶用医用250毫升注射液玻璃瓶（瓶中为无色透明液体）。
3、受液瓶用1.25升的饮料瓶。
4、点滴器采用针柄颜色为深蓝色的医用一次性输液器（滴管滴出20点蒸馏水相当于1ml±0.1ml）。
5、赛区测试时，仅提供医用移动式点滴支架，其高度约1.8m，也可自带支架；测试所需其它设备自备。
6、滴速夹在测试开始后不允许调节。
7、发挥部分第（2）项从站功能中，c中的“异常情况”自行确定。

单工无线呼叫系统（D题）
一、任务
设计并制作一个单工无线呼叫系统，实现主站至从站间的单工语音及数据传输业务。
二、要求
1、基本要求
（1）设计并制作一个主站，传送一路语音信号，其发射频率在30MHz~40MHz之间自行选择，发射峰值功率不大于20mW(50W假负载电阻上测定)，射频信号带宽及调制方式自定，主站传送信号的输入采用话筒和线路输入两种方式；
（2）设计并制作一个从站，其接收频率与主站相对应，从站必须采用电池组供电，用耳机收听语音信号；
（3）当传送信号为300Hz~3400Hz的正弦波时，去掉收、发天线，用一个功率衰减20dB左右的衰减器连接主、从站天线端子，经过示波器观察从站耳机两端的接收波形，波形应无明显失真；
（4）主、从站室内通信距离不小于5米，题目中的通信距离是指主、从站两设备(含天线)间的最近距离；
（5）主、从站收发天线采用拉杆天线或导线，长度小于等于1米。
2、发挥部分
（1）从站数量扩展至8个(实际制作1个从站)，构成一点对多点的单工无线呼叫系统。要求从站号码可任意改变，主站具有拨号选呼和群呼功能；
（2）增加英文短信的数据传输业务，实现主站英文短信的输入发送和从站英文短信的接收显示功能；
（3）当发射峰值功率不大于20mW时，尽可能地加大主、从站间的通信距离。
（4）其它。
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
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第（1）项
15
完成第（2）项
15
完成第（3）项
15
其它
5
四、说明
1、主站需留出末级功率放大器发射功率的测量端，用于接入50W假负载电阻，以测试发射功率；
2、为测试方便，作品中使用的衰减器（能够自制），应与作品一起封装上交。

E题
悬挂运动控制系统（E题）
一、任务
设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。
在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）经过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图如下。

二、要求
1、基本要求：
（1）控制系统能够经过键盘或其它方式任意设定坐标点参数；
（2）控制物体在80cm×100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；
（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成；
（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。
2、发挥部分
（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；
（2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图)，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm～1.8cm，总长度约50cm，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm；后一部分是两段总长约20cm的间断线段，间断距离不大于1cm；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；
（3）其它。
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
实际制作完成情况
50
发挥部分
完成第(1)项
10
完成第(2)项中连续线段运动
14
完成第(2)项中断续线段运动
16
其它
10
四、说明
1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；
2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；
3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm时，该项目不得分；
4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动；
5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。