简易倒立摆装置

1、题目 1 双相信号发生器设计、 制作一个双相信号发生器， 在特定的频率范围内输出正弦波， 信号的幅度和相位差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。数字逻辑系统推荐使用basis开发板（可到212实验室借），外围电路自行设计，信号发生器的工作电源可外置。ill, 、-二、要求1基本要求（1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波；（2 ）两路信号输出最大幅度不低于3V，幅度可调，设置分辨率不低于10bit ；（3）信号频率范围从 1kHz 到 10kHz 可调，步进值不大于 1 00Hz ，频率准确度不低于 0.1%； （ 4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%；（5） 两路信号

2、的相位差可以在0359 度内可调，设置分辨力不大于 1 度；（6） 矩形波占空比在 0.1%99.9%范围内可调，设置分辨率不低于0.1%；2发挥部分（1） 信号可调频率范围扩展到1MHz；（2） 两路均可产生 FSK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz,上边频为12kHz，下边 频 8kHz；（3） 两路均可产生 ASK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，载波频率为10kHz，调 制率为 100%；题目2手持数字示波器、任务设计并制作一台手持数字示波器。示意图如下:一、要求1. 基本要求(1) 示波器为电池供电，便于携带。(2) 示波器的屏幕能显示输入信号的曲线及相关的参数。键盘能进行

3、相关参数 的调节。屏幕的水平刻度为10Div,垂直刻度为8Div。(3) 触发方式：自动。触发边沿：上升。(4) 信号电压范围：+/-50V。最高实时取样率：1M点/秒，精度8Bit。(5) 模拟频带宽度：01MHz。(6) 输入阻抗：1MQ。耦合方式：DC/AC,2. 发挥部分(1) 示波器显示的曲线可以进行水平、垂直的移动。(2) 垂直灵敏度：100mV/Div 5V/Div(按1-2-5方式递进)。(3) 水平时基范围:5卩s/Div- 50mS/Div (按1-2-5方式递进)。(4) 增加最高实时采样率为10M点/秒，精度8Bit o(4)增加示波器与PC机的接口，可以把采集的数据上

4、传到 PC机，并显示题目3简易倒立摆装置设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电机固定在底座上，通过转轴、联轴器驱动摆臂在竖直平面上旋转。摆臂顶端利用一自由转轴连接摆杆，自由轴与电机轴平行。 摆臂在电机驱动下可做左右往复旋转运动，带动摆杆在竖直平面上作自由旋转。摆臂竖直向上时为0。位，竖直向下为180。位。摆杆摆臂一、要求1基本要求(1 )摆臂处于0°位左右一定分为往复运动，摆杆从处于自然下垂状态(摆角0。开始，绕自由轴摆动，并尽快使摆角达到或超过-60 +60。(2 )摆臂处于0。位，从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成 圆周

5、运动；(3 )摆臂处于0。位，在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近倒立状态，外力撤 除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s。2 发挥部分(1 )摆臂处于0。位，从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使 摆杆摆起倒立，保持倒立状态时间不少于10s；(2) 摆臂处于0。位，在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内恢复倒立状态；(3 )摆臂处于180。位，在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或2s内恢复倒立状态；(4) 其他。三、说明1 旋转倒立摆机械部分可以自制，也可以购买，自制结构建议：结构整体不宜过大；摆杆 不宜过长，

6、且质量尽可能轻，但应能够避免空气流动的影响；摆臂长度适中，当须具备足够强度；联轴器建议采用法兰联轴器，避免联轴器和摆臂、摆杆发生相对转动。2摆杆要能够在垂直平面灵活旋转，检验方法如下：将摆杆拉起至水平位置后松开，摆杆 至少能够自由摆动 3个来回。3除电动机 A 之外，装置中不得有其他动力部件。4摆杆倒立时施加干扰的方法是，以15cm 长细绳栓一只 5克砝码，在摆杆上方将砝码拉起15 45 °释放后用砝码沿摆杆摆动的切线方向撞击摆杆上端12cm处；以抗扰动能力强弱判定成绩。5摆杆角度位置的检测可采用旋转编码器、电阻式（电位器式）角度传感器或在摆杆上安 装陀螺仪等方案。题目4风力小球位置

7、控制系统设计制作一套利用风力控制小球位置的装置，机械部分结构如图所示。图中小球安放在一个1m长的导轨上，两端各安装一个相对出风的风机。利用控制器检测小球的位置，并根 据设定位置与实际位置的偏差控制风机运行，吹动小球向目标位置运动。一、要求1. 基本要求(1 )人工将小球任意放置在导轨上，利用显示器显示小球当前位置，给出坐标数据，基准0点位于距左端15cm处。(2 )小球放置在左端起始区，启动左侧风机吹动小球运动，直至进入并停在右端起始区，稳定停止3s后启动右侧风机吹动小球返回并停在左端起始区。2. 发挥部分(1 )小球放置在左端起始区，启动风机吹动小球在轨道上以最快速度作往复运动，即从左端起始

8、区运动至右端起始区，不做停留立即返回左端起始区，并不断重复。期间小球不得碰撞两端边界(风机)(2)小球放置在左端起始区，启动风机吹动小球运动至轨道中央，标尺35cm处，并稳定停止3s以上。(3 )人工将小球任意放置在导轨上，人工设置小球目标位置，启动风机控制小球运动至指 定位置，并稳定停止 3s以上。(4)人为垫高轨道右端约 3cm，使轨道出现约1°2°的倾斜，完成上述发挥部分要求( 2)。三、说明1小球建议使用乒乓球，轨道可使用任意材质，建议采用内径合适的PVC管材纵向剖开。2. 轨道上应标明起始区和中部的标尺，所有任务的完成精度以轨道上的标记为准，小球在 轨道中的位置须

9、便于观察。3. 小球进入起始区以球中心点通过起始区边界为准，停留在某一点时目标点处于小球边界 内即可。4小球位置检测建议采用摄像头实现，轨道及其背景颜色可自由设置，小球可染成任意方 便的颜色。5两端风机建议采用涵道风机，其功率、出风量应与小球质量、尺寸匹配。企业题:题目5简易NPN型BJT特性图示仪一、任务设计制作一台简易BJT特性图示仪，结构参照图示。仪器利用单片机控制BJT基极电流和集电极-发射极电压，检测集电极或发射极电流和基极-发射极电压，并利用液晶屏显示BJT的输出特性和输入特性。、要求1基本要求(1 )输出一定BJT基极电流，检测基极-发射极电压，并显示电压值，误差小于1mV ;(

10、2) 输出一定BJT基极电流和集电极-发射极电压，检测集电极或发射极电流，并计算两电流之比，并显示 BJT的电流放大倍数 3°2.发挥部分(1 )在一定范围内循环输出连续的BJT基极电流，检测基极-发射极电压，绘制 BJT的输入特性曲线。(2) 在一定范围内循环输出BJT基极阶梯电流和连续的集电极 -发射极电压，绘制 BJT输出特性曲线，每个基极电流阶梯值对应一条曲线，BJT基极电流阶梯不少于 5级。(3) 自动判断BJT是否接入，并给出提示信息。(4) 同时完成上述发挥部分三项要求，在一个屏幕内显示两条特性曲线。三、说明1作品忽略集电极电流与发射极电流的差异，认为两者近似相等，因此

11、，两电流任测其一 即可。2.作品至少应能够测试三种型号的NPN型BJT管，并根据不同特性的器件自动调整基极电流等参数，具体被测元件有学生自备，特性差异大者加分。3特性测试过程用时，即从接入被测元件至完成曲线绘制时间，不得超过1分钟。4作品方案建议利用单片机利用DAC控制基极电流和集电极-发射极电压，针对不同特性的被测元件选择不同的激励信号大小。同时利用ADC检测基极-发射极电压、集电极-发射极电压、基极电流和集电极或发射极电流。题目6开关稳压(恒流)电源电源框图Rl设计并制作如图所示的开关稳压电源。o 电Ui= 220VAC源。箱、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1 基本要求1 (所

12、有参赛者)(1 )输出电压U。可调范围：2V10V ;(2) 最大输出电流lomax： 2A ；(3) Uin 从 15V 变到 24V 时，电压调整率 Su<5% (Uo=5V , Io=2A);(4) Io从 0 变到 2A 时，负载调整率 S|<5% (Uin=20V , Uo=5V);(5) 输出噪声纹波电压峰 -峰值 Uopp500mV ( Uin=20V , Uo=5V , Io=2A )；(6) DC-DC 变换器的效率 n%0% (Uin=24V, Uo=10V , Io=2A );(7) 具有过流保护功能，动作电流lo(th)=2.5 ± 0.2A ;2

13、 基本要求2 (三年级及以上参赛者)(1) 具有恒流输出功能，电流输出可调范围：200mA2A。(2) 恒流输出时电压变化范围210V (可以低于2V，不得超过10V，即最高10V恒压输 出)；3 发挥部分(1 )进一步提高电压调整率，使Su<1% ( Uo=5V , I O=2A );(2)进一步提高负载调整率，使S|<1% ( Uin=20V , Uo=5V );(3 )进一步提高效率，使n%5% ( U|n=24V , Uo=10V, lo=2A);(4 )排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；(5) 能对输出电压或电流进行键盘设定和步进调整，步进值0.1V或0.1A，同

14、时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。(6) 其他。三、说明1. DC-DC变换器不允许使用成品模块(辅助电源可以使用)，但可使用开关电源控制芯片。2. Uin可通过调节电源箱输出来调整。DC-DC变换器(含控制电路)只能由 Uin端口供电， 不得另加辅助电源。3 本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz模拟示波器(AC耦合、扫描速度20ms/div)测量Uopp。4本题中电压调整率 Su指Uin在指定范围内变化时，输出电压Uo的变化率；负载调整率S指I。在指定范围内变化时，输出电压Uo的变化率；DC-DC变换器效率H=P。/ Pin，其中Po =

15、 Uolo, pin = uinIIN。LED5恒流输出测试时， 提供导通电压约为 3V 、6V 和 9V 的 LED 灯板，要求在测试过程中 灯板没有明显闪烁。6电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故 障）。7制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图1）。8设计报告正文中应包括系统总体框图、 核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。 完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。题目 7 无线测温模块 (企业题 )设计、制作一个无线测温模块，应用于电力 220VAC 母线附近温度测量。ill, 、-二、要求1基本要求(1)整个模块无源，实现自取电，能够满足自身功耗，且能输出5V ， 50mA ；(2) 测温范围：-25C +120C;(3) 测温精度：±C;( 4)数据刷新速率： 10 次 /min;( 5 )增加模块状态指示，表征模块正常工作;( 6) WIFI 接口与 PC 通信，实现超限报警;( 7)根据当前温升趋势，进行预测未来超限报警时间;( 8 )具备过压保护。2发挥部分( 1 )扩展 CAN 通信接口;( 2)具备远程唤醒和休眠控制功能;( 3)具备浪涌抑制功能。应变片题目8简易电子秤(企业题)设计并制作一个以电阻应变片为称重传感器的简易电子 秤，电子秤的结构如右图所示。如右