第六届恒拓杯题目

1、1. 双路低频信号发生及分析仪的设计制作难度系数:1.0一、任务设计并制作一个双路低频信号发生器，以及一个能对信号进行频域分析的仪器。电路结构框图示意图如图1所示。图1 电路结构框图示意图二、要求1基本要求(1) 两路信号均可程控选择输出正弦波、矩形波、三角波，频率可预置，范围为1000Hz到2000Hz，设置的步进值不大于10Hz，频率准确度不低于1%，且每路信号的波形及频率都可以单独预置。(2) 两路输出信号最大幅度不低于2.5V，幅度可预置，设置的步进值不大于100mv，且每路信号的幅度都可以单独预置。(3) 能产生两路频率相同相位差可预置的双相正弦信号，相位差预置范围为0360度，设置

2、步进值为10度，精度为10度。(4) 输出矩形波的占空比能在1%99%范围内预置，设置步进值为1%，精度为1%。2发挥部分(1) 信号叠加电路能对信号发生器输出的两路正弦信号（频率和幅度可以不相同）进行合成，合成后的叠加信号波形正确。(2) 分析仪能对信号叠加电路输出的叠加信号进行频域分析，并分别显示原两路正弦信号的频率和幅度，其误差绝对值不大于10%；(3) 其他。三、说明(1) 作品中不得使用集成DDS芯片，否则取消比赛资格。(2) 题目中所指的幅度均为峰峰值。(3) 工作电源可用成品，也可自制。四、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10理论分析与计算信号发生原

3、理；信号频域分析原理；采样频率的设定依据10电路与程序设计主控制器电路模拟电路 ；程序设计15测试方案与测试结果测试方案及测试条件测试结果完整性；结果分析10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5总分50基本部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项15完成第（4）项15总分60发挥部分完成第（1）项20完成第（2）项20总分402. 板式倒立摆控制装置难度系数:1.0一.任务设计并制作一个板式倒立摆控制装置，通过对风扇转速的控制，调节风力大小，改变板式倒立摆转角，并保证不让板式倒立摆倒下，如图1所示。图1 控制装置示意图控制对象为板式倒立摆，其的尺寸如图2所示

4、。图板式倒立摆二.要求1.基本要求(1) 用手转动板式倒立摆时，能够数字显示转角。显示范围为010，分辨力为1，绝对误差2。(2) 通过操作键盘控制风力大小，使转角能够分别在2，6，10范围内变化，误差2，并要求实时显示。2.发挥部分通过操作键盘控制风力大小，使板式倒立摆转角稳定在05范围内的任意指定值，分辨率为1。要求控制过程在10秒内完成，实时显示。三.说明(1) 调速装置自制。(2) 风扇选用台式计算机散热风扇或其他形式的直流供电轴流风扇，但不能选用带有自动调速功能的风扇。(3) 板的材料和厚度自定，固定转轴应足够灵活，不阻碍板运动。板形式及具体制作尺寸如图2所示。四.评分标准设计报告项

5、目主要内容满分系统方案风扇控制系统系统总体方案设计10理论分析与计算风扇控制电路角度测量原理控制算法10电路与程序设计风扇控制电路设计计算控制算法设计与实现总体电路图10测试方案与测试结果调试方法与仪器测试数据完整性测试结果分析10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10总分50基本要求完成第（1）项10完成第（2）项50总分60发挥部分完成发挥部分要求403. 基于单片机的电波钟 难度系数:1.0一、任务设计并制作一个（其体积最好不大于普通的笔记本电脑）日期和时间的显示装置，具备自动校准功能（利用空中电波的信号来实现校准），每到整点时刻就鸣响报时（报时音乐可以根据用户的喜好

6、而变换），也可以设定多个闹钟时间。可以使用数码管或者液晶屏来显示（也可以既有数码管又有液晶屏）。可用锂电池或者干电池供电）。二、要求1基本要求 (1) 自带键盘（用于设定闹钟时间和选择铃声音乐），使用数码管显示时间和日期（或者使用液晶屏显示时间和日期）。(2) 自带放音喇叭和相关的音频信号放大器。(3) 闹钟时间多于三个，而且多个闹钟时间各自播放不同的音乐。2发挥部分 (1) 可以使用遥控器来（远距离）设定闹钟时间或者使得正在报时鸣响的电波钟停止鸣响。(2) 以使用遥控器来（远距离）关闭（使其进入睡眠状态）和启动.(3) 该电波钟点报时和闹钟鸣响的音乐的音量必须从小到大、渐渐增强。三、评分标准

7、项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15模块方案比较电路设计系统组成和理论计算15模块电路测试结果测试数据完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第（1）项20完成第（2）项25完成第（3）项25总分70发挥部分完成第（1）或第（2）或第（3）项，各加10分共30总分30四、说明1电波钟装置在演示和使用的过程中，须和外界无任何金属导线相连接。2电波钟必用电池供电（干电池、锂电池、纽扣电池皆可）3遥控器和电波钟的最短距离大于等于10米。4. 带有录音功能的双色激光笔难度系数:1.0一、任务激光笔广泛应用于大中小学的课堂上；双色激光笔必然

8、能够赋予教师授课过程更加显著地个性和吸引力；本设计课题所要求的激光笔，可以只显示红色或者绿色；也可以同时显示两种色彩的亮光点；并且，具有课堂录音功能。二、要求1、基本要求(1) 录音时间至少为两个小时（120分钟）。(2) 带有扬声器（以及相关的放大电路）以便于播放录音。(3) 可以同时发出两种不同色彩的激光束，也可以令其只发出某一种色彩的激光束。2. 发挥部分(1) 加上定时器，并且，一旦时间到达某一特定时刻，该激光笔会振动或者鸣响（振动或者鸣响，二选一即可）。三、评分标准项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15模块方案比较电路设计系统组成和理论计算15模块电路测试结果测试数

9、据完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第a项20完成第b项25完成第c项25总分70发挥部分完成第a项30总分30四、说明(1) 单片机的种类可任意选择。(2) 必须使用电池供电（例如：干电池、锂电池、纽扣电池）。(3) 该激光笔上可以有以下按钮：“红”、“绿”、“录音”、 “播放录音”、“锁定键盘”(4) 激光束的照射距离至少为20米5. 交流稳定电源难度系数:1.0一、任务设计并制作交流变换为交流的稳定电源。二、要求1基本要求稳压电源在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下：(1) 输出交流电压为250V, 200V,15

10、0V,100V可调(2) 最大输出电流为0.5A(3) 电压调整率5%（输入电压220V变化范围15%20%下，空载到满载）(4) 负载调整率5%（最低输入电压下，满载）(5) 效率30%(6) 具有过流及短路保护功能(7) 过欠压保护及报警功能(8) 电压实时显示。2发挥部分（1）扩充功能a排除短路故障后，自动恢复为正常状态b过热保护c防止开、关机时产生的“过冲”（2）提高稳压电源的技术指标a提高电压调整率和负载调整率b扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值三、评分标准项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15模块方案比较电路设计系统组成和理论计算15模块电路测试结果测试数据

11、完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第a项20完成第b项25完成第c项25总分70发挥部分完成第a项15完成第b项15总分306. 直流稳定电源难度系数:1.0一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。二、要求1基本要求（1）稳压电源 在输入电压220V、50Hz、电压变化范围15%20%条件下：a输出电压为+5, +15, +9V+12V可调b最大输出电流为1.5Ac电压调整率0.5%（输入电压220V变化范围15%20%下，空载到满载）d负载调整率1%（最低输入电压下，满载）e纹波电压（峰-峰值）5mV（最低输入电压下，满载）f效率30%（

12、输出电压9V、输入电压220V下，满载）g具有过流及短路保护功能h. 过欠压保护及报警功能i输出端不可使用三端稳压芯片（2）稳流电源 在输入电压固定为15V的条件下：a输出电流：420mA可调b负载调整率3%（输入电压15V、负载电阻由100300变化时，输出电流为20mA时的相对变化率）2发挥部分（1）扩充功能a排除短路故障后，自动恢复为正常状态b过热保护c防止开、关机时产生的“过冲”（2）提高稳压电源的技术指标a提高电压调整率和负载调整率b扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值（3）用数字显示输出电压和输出电流三、评分意见项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15模块方案比

13、较电路设计系统组成和理论计算15模块电路测试结果测试数据完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第（1）项40完成第（2）项30总分70发挥部分完成第a项15完成第b项15总分307. 红外发光测高仪难度系数:1.1一、任务如图1所示测高仪的示意图。在工业生产中需要多进料物的高度进行测定筛选。暂且不考虑物体的宽度，设置测高仪的发射接受体之间放置位置做大1.5米。试设计一套测高仪。 图1 测高原理图二、要求1基本要求（1） 用红外发光管测量，不能激光管测量；（2） 该仪表测基础高度为100毫米，具有可串联9节实现1000毫米的测量功能，但设计时可考虑串

14、联一节即可；（3） 测量精度为小于6毫米；（4） 相应时间小于3秒。（5） 具有RS485通讯，可以通过上位机或显示仪显示。2发挥部分（1） 测量精度小于4毫米；（2） 如图2所示。按此安装可以测得圆体物的直径。 图2 测圆体物直径原理图三、评分标准项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15方案比较电路设计系统组成15测高电路测试结果测试数据完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第(1)，（2）项30完成第(3)，（4）项20完成第(5)项20总分70发挥部分完成第(1)项20完成第(2)项10总分308. 声音测距系统难度系数:1.

15、0一、任务设计一个声音测距系统，检测两个声源之间的距离。L图1 声音测距示意图二、要求1基本要求t(1) 制作声源。声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，如下图所示，声音信号频率不限，脉冲周期不限。图2 声源示意图(2) 声源距离。定义指标置信度m/n：测量n次，其中m次误差幅值小于。要求时，置信度0.6，置信度0.8。(3) 能够以数字形式显示距离值，距离发生变化时，系统能够实时检测并更新距离值。(4) 不能使用声纳传感器。2发挥部分(1) 要求时，置信度0.75，置信度0.95。(2) 系统成本相对较低，功耗较低。三、评分标准项目主要内容分数设计报告系统方案整体方案比较7控制方案设计与论证设

16、计、计算12误差信号产生控制理论简单计算电路设计系统组成3各种电路图测试结果测试数据完整性3测试结果分析设计报告摘要5正文结构完整性图表的规范性总分30基本要求基本要求实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项10完成第（4）项10总分509. 声音定位系统难度系数:1.0一、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

17、图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) 改善接

18、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、说明1. 注意预留测量声响模块功耗的电流电压和信号放大电路输出信号的测试点。2. 采用三个声音接收模块即可实现定位，第

19、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。四、评分标准项 目主要内容满分设计报告方案论证与设计整体方案设计15模块方案比较电路设计系统组成和理论计算15模块电路测试结果测试数据完整性10测试结果分析报告要求摘要10正文结构完整性图表的规范性总分50基本部分完成第（1）项20完成第（2）项20完成第（3）项20总分60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

20、10总分4010. 绳索驱动机器人难度系数:1.0一、任务图1所示为绳索驱动装卸机器人的示意图。理论上通过控制绳长，可以实现负载平台的位移和水平控制。试设计一个绳索驱动机器人系统，能够实现三维空间的运动控制。图1. 绳索驱动装卸机器人示意图电机绳索负载平台X/aY/bZ二、要求1基本要求（1）能够实现负载平台在三个坐标方向上的的位移控制，位移误差（）5cm。例如x轴平移10cm，y轴平移10厘米，z轴垂直上升/下降10cm。在运动过程中保持其他轴的位移不变，且平台保持水平。（2）能够根据输入的位置坐标（x，y，z），分别通过三个方向的位移运动，三次控制平台运动到指定位置。位置误差10cm。（3

21、）运行过程平稳，避免出现位移超调导致平台剧烈晃动的情况。2发挥部分（1）能够根据输入的位置坐标（x，y，z），一次运动控制平台到指定位置。位置误差10cm。（2）能够实现负载平台的任意倾斜角度（包括水平状态）的控制。三、评分标准项目主要内容分数设计报告系统方案整体方案比较7控制方案设计与论证设计、计算12误差信号产生控制理论简单计算电路设计系统组成3各种电路图测试结果测试数据完整性3测试结果分析设计报告摘要5正文结构完整性图表的规范性总分30基本要求基本要求实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项10完成第（4）项10总分5011. 花样流水灯系统设计难度系数

22、:1.0一、任务：设计并制作一个带有颜色多变功能的花样流水灯系统。二、要求：1、基本要求（1）彩灯数量不低于20个，并具有艺术造型； (2)色彩变化不低于5种； （3）成品通电后自动进入色彩多变环节。2、发挥部分(1)尽可能多的颜色控制方式；（2）利用遥控技术，实现远距离控制；（3）其它扩展功能。三、评分标准项目主要内容分数设计报告系统方案整体方案比较7控制方案设计与论证设计、计算12误差信号产生控制理论简单计算电路设计系统组成3各种电路图测试结果测试数据完整性3测试结果分析设计报告摘要5正文结构完整性图表的规范性总分30基本要求基本要求实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项

23、15完成第（3）项10完成第（4）项10总分5012. 智能数字万用表难度系数:1.1一、任务设计并制作一台智能数字万用表。 二、要求 1、基本要求 （1）精度等级:2.5（2）直流电压量程3V、10V、38V，输入阻抗10M; （3）交流电压量程4V、40V、400V，输入阻抗10M，频率响应40400Hz;（4）电阻10400，分辨率0.1; （可以分档位如5、40、400）（5）433LED数码显示，最大读数3999。 2、发挥部分 （1）自动量程转换功能； （2）测量并显示工频交流电中含有的17次谐波的百分比（%）；（3）其它扩展功能。三、评分标准项目主要内容分数设计报告系统方案整体方

24、案比较7控制方案设计与论证设计、计算12误差信号产生控制理论简单计算电路设计系统组成3各种电路图测试结果测试数据完整性3测试结果分析设计报告摘要5正文结构完整性图表的规范性总分30基本要求基本要求实际完成情况50发挥部分完成第（1）项15完成第（2）项15完成第（3）项10完成第（4）项10总分50 13. 运水机器人难度系数:1.0一、任务如图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2所示。C容器的口径不得大于100mm，高度不得低于250mm，放置方式在固定底板上自定，比赛开始