浙江省第三届大学生电子设计竞赛题目.doc

宽带前置放大电路(A题)
【本科组】
一．任务
设计一个前置放大电路，使其在较宽的频带范围内具有良好的直流和交流特性。电路包括输入阻抗匹配、无源衰减网络、有源放大等环节，采用单端输入单端输出方式实现信号变换，电路方框如图A-1所示。
输入
输出

输入阻
抗匹配
单元

无源衰减
网络

有源放大
电路
单片机及显示装置

图A-1
二．要求
2．1 基本要求
（1）输入阻抗：直流输入阻抗50Ω和1MΩ可选，允许误差2%。
（2）输入过载能力：50Ω阻抗可承受5V输入过载1MΩ阻抗可承受36V输入过载，过载时间不低于1分钟。
（3）直流零点：输入短路时，电路输出直流电压偏离零点在2mV范围内。
（4）大信号1倍放大宽带特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～10MHz，在1MΩ输入阻抗条件下测试，示波器监视无明显失真。
（5）大信号衰减10倍带宽特性：输入峰值为5V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～10MHz，在1MΩ输入阻抗条件下测试，示波器监视无明显失真。
(6) 用单片机和显示装置显示输入信号频率。
2．2发挥部分
（1）10倍放大带宽特性：输入峰值为0.1V的正弦信号，放大10倍，电路的工作带宽为DC～10MHz，示波器监视无明显失真。
（2）大信号1倍放大扩展宽带特性：输入峰值为1V的正弦信号，电路的工作带宽为DC～35MHz。
（3）输入峰值为0.1V正弦，设置衰减10倍，再放大10倍，电路工作带宽为DC～35MHz，输出信号的幅度过冲可控制在理论输出值的10%内。
（4）在（2）的条件下，输出阻抗尽可能小。
（5）特色创新。
三、说明
1．该电路要求选用三个以上TI公司的器件（单片机和模拟器件）。
2．基本部分在放大电路负载开路的条件下测试。发挥部分在放大电路带1kΩ电阻负载下测试。
3．有源放大电路采用正负5V电源，电源可由外部直接提供。
4．状态的选择可由手动开关实现，禁止输入输出端直通短接。
5．电路中设置有必要的测试点。
四．评分标准
内容
得分
设计报告
20分
基本部分
50分
发挥部分
50分

运水机器人（B题）
【本科组】
一．任务
如图B-1所示,有A、B、C三个区，A区为给水区，有给水装置（简称A容器），B区为输送线路，C区为存水区，有存水装置（简称C容器）。
在比赛开始时A容器装一定量的水，容器大小、水量及放置方式任意；B区有一条黑色引导线，引导线两端有两条与引导线垂直的黑色边界线，线宽不大于20mm；其尺寸如图B-2所示。C容器的形状、容量及放置方式在固定底板上自定，口径不得大于100mm，比赛开始把C容器清空。
设计一套自动送水机器人系统，由送水机器人（以下简称小车）将水从A区通过B区运至C区。该系统包括A区的自动（或手动）给水装置；往返于A、C区之间的小车； C区存水装置；固定底板。

图B-1 参考图（单位：mm）
A
开始端线
停止端线
500
250
2000
C

图B-2 线路图（单位：mm）
二．要求
2．1 基本要求
（1） 小车能完成运水和自动贮水功能。
（2）小车可显示运水量和运水时间。
（3）小车上的贮水器水溢出时有自动报警功能。
（4）在1分钟内运送尽可能多的水。
（5）小车及安放的运水容器总垂直高度不得超过300mm，小车上的储水装置容量小于等于600ml,口径小于100mm。小车所载的水卸到C容器采用自动贮水。
2．2 发挥部分
（1）A区给水采用自动方式完成。
（2）小车在1分钟内完成100ml定量自动取水、送水和贮水，误差＜5%。
（3）小车在尽可能短的时间内，完成1000ml自动取水，送水和贮水，误差＜5%。
（4） 小车在1分钟内运送100ml水时必须绕过D障碍物（放置在B区，距黑色引导线5cm 的任意一点，直径为5cm，高度10cm的黑色园柱体）。
（5）其它特色与创新。
三、说明
小车运行过程中不得人工参与，小车要自备电源，不得有任何外部引线。
四．评分标准
内容
得分
设计报告
20分
基本部分
50分
发挥部分
50分

简易电能质量监测装置(C题)
【本科组】
一．任务
设计并制作一个能同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等进行测量的数字式电能质量监测装置（图C-1虚线框内电路）。为便于本试题的设计与制作，设定待测的100～500V交流输入电压、10～50A交流输入电流均经由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。

图C-1
二．要求
2.1 基本部分
（1）测量交流输入电压有效值
频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±1％。
（2）测量交流输入电流有效值。
频率：50Hz；测量范围：10～50A；准确度：±1％。
（3）测量并显示有功功率P、无功功率Q、视在功率S及功率因数PF。
（4）在测试5组交流电压、交流电流有效值过程中，能显示它们的最大值和最小值。
（5）自制直流电源。
2.2 发挥部分
（1）测量交流输入电压频率，精度为±0.5%。
（2）采用LCD显示，能够同时显示一个周期的输入电压、输入电流曲线。
（3）测量电压和电流的各次谐波含量
以N次电压谐波含有率为例，N次谐波含有率为N次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比，电流谐波含有率计算方法同电压谐波含有率。测量至5次谐波，采用列表和百分数形式显示，测量误差＜1%。
（4）各次电流谐波含有率在列表显示方式中除了能够以百分比显示外，还能够显示各次谐波的有效值。
（5）其他
三、说明
1．调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代表同一路的电流信号，移相网络自制。
2．检查交流电压、交流电流有效值、电压和电流谐波时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号。
3．本题目不得采用电能计量专用芯片实现。
四．评分标准
内容
得分
设计报告
20分
基本部分
50分
发挥部分
50分

24V交流单相在线式不间断电源(D题)
【本科组】
一．任务
设计并制作输出电压为24VAC在线式不间断电源，结构框图如图D-1所示。

图D-1
二．要求：
2.1 基本要求
（1）在交流供电U1=36VAC和直流供电U3=36VDC两种情况下，保证输出电压U2=24VAC，且保证其频率为50±1Hz，额定输出电流1A；
（2）切断交流电源后，在输出满载情况下工作时间不少于30秒钟；
（3）交流供电时，电源达到以下要求：
1）电压调整率：满载条件下，U1从29VAC增加至43VAC，U2变化不超过5%；
2） 负载调整率：U1=36VAC、U2=24VAC，从空载到满载，U2变化不超过5%；
（4）蓄电池供电时，满载条件下，效率不低于65%（）；
（5）具有输出短路保护功能。
2.2 发挥部分
（1）交流供电时，将电压调整率提高至2%，条件同基本部分。
（2）蓄电池供电时，在满载条件下，将效率提高至80%。
（3）满载条件下，输出为正弦波，失真度不大于5%。
（4）具有给蓄电池充电功能，充电电流不小于0.1A，充电电路对蓄电池不能过充。
（5）具有欠压保护功能：当蓄电池的放电电压≤29V时整机自动保护停止工作。
（6）其他。
三、说明
1．不得采用DC-DC、DC-AC等电源模块，不得使用不间断电源产品改制。
2．注意作品制作工艺，留出测试端口。
四．评分标准
内容
得分
设计报告
20分
基本部分
50分
发挥部分
50分

医院病床输液监控系统（E题）
【本科组】
一. 任务
设计并制作一套用于医院病床的输液监控系统，它由护士站主机和病房输液监控器两部分组成，输液装置和系统结构如图E-1，图E-2所示。

图E-1. 病床电控输液装置

图E-2 住院病房输液监控系统
二．要求
2．1 基本要求
（1）病床输液监控器具有站号和点滴速度等参数的输入设定功能，在显示器上能同时显示站号、设定点滴速度和当前实际点滴速度。
（2）在漏斗处检测点滴速度，并能动态显示点滴速度（滴/分）。
（3）通过改变h2控制点滴速度，点滴速度设定范围为50～120（滴/分），控制误差范围为设定值±10%。
（4）调整时间≤3min（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）。
（5）输液结束(滴速为零)或发生异常情况（输液瓶顶部距滑轮小于5cm，漏斗距受液瓶顶部小于5cm）时，应在3秒内发出声光报警信号。
2．2 发挥部分
设计并制作一个由主站控制128个从站并采用有线通信的输液监控系统，128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，其他从站为模拟从站（仅要求制作一个模拟从站,从站号可任意设定）。
（1）主站能巡回显示各从站的编号、设定点滴速度和当前点滴速度。巡回时间（3-10秒）可由主站任意设定。
（2）收到从站发来的报警信号后，主站能声光报警并显示相应的从站号，并可用手动方式解除报警状态。
（3）从站直流电源均由主站集中供给，主站和从站间的通信协议自定，但应尽可能减少主站和从站间连接线数量，通信距离要求大于30米。
（4）任一从站的输液点滴速度均可由主站设定。
（5）其他创新功能。
三. 说明
1．控制电机类型不限，其安装位置及安装方式自定。
2．储液瓶可用医用250mL注射液玻璃瓶或输液袋（瓶中为无色透明液体）。
3．受液瓶用1.25L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。
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。
四．评分标准
内容
得分
设计报告
20分
基本部分
50分
发挥部分
50分

10