2018年度TI杯大学生电子设计竞赛题.pdf

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1、 A-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 A 题：电流信号检测装置（本科） 1任务 如图 1 所示，由任意波信号发生器产生的信号经功率放大电路驱动后，通过导线 连接 10电阻负载，形成一电流环路；设计一采用非接触式传感的电流信号检测装置， 检测环路电流信号的幅度及频率，并将信号的参数显示出来。 电流检测 分析电路 功率 放大 电路 任意 波发 生器 10 图 1 电流信号检测连接图 2要求 （1） 设计一功率放大电路， 当输入正弦信号频率范围为 50Hz1kHz 时, 要求流过 10 负载电阻的电流峰峰值不小于 1A， 要求电流信号无失真。 （25 分） （2） 用漆包线绕制线圈制作电流传

2、感器以获取电流信号； 设计电流信号检测分析电 路， 测量并显示电流信号的峰峰值及频率。 （15 分） （3） 被测正弦电流峰峰值范围为 10mA1A，电流测量精度优于 5%，频率测量精度 优于 1%。 （25 分） （4） 任意波信号发生器输出非正弦信号时，基波频率范围为 50Hz200Hz，测量电 流信号基波频率，频率测量精度优于 1%；测量基本及各次谐波分量的幅度（振幅值） ， 电流谐波测量频率不超过 1kHz，测量精度优于 5%。 （25 分） （5） 其他。 （10 分） （6） 设计报告 （20 分） 项项 目目 主要内容主要内容 满分满分 系统方案 方案描述、比较与选择 4 A-2

3、 理论分析与计算 电流测量方法 谐波分量测量方法 5 电路设计 电路设计 5 测试方案与测试结 果 测试方案 测试结果完整性 测试结果分析 4 设计报告结构 及规范性 摘要、报告正文结构、公式、图表的完整性和 规范性 2 总分总分 20 3 3说明 （1）为提高电流传感器的灵敏度，可用用漆包线在锰芯磁环上绕制线圈，制作电流传 感器。 （2）在锰芯磁环上绕 N2 匝导线，将流过被测电流的导线从磁环中穿过（N1=1） ，构 成电流传感器。 B-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 B 题：灭火飞行器（本科） 1任务 基于四旋翼飞行器设计一个灭火飞行器（简称飞行器）。飞行器活动区域示意图 如图 1

4、 所示。在图 1 中，左下方的圆形区域是飞行器起飞及降落点；右侧正方形区域是 灭火防区，防区中有 4 个用红色 LED 模拟的火源（火源用单只 0.5W 红色发光二极管来 实现，建议 LED 电流不超过 25mA）。飞行器起飞后从 A 处进入防区，并以指定巡航高 度在防区巡逻；发现防区有火源，用激光笔发射激光束的方式模拟灭火操作；所有火源 全部熄灭后，飞行器从 B 处飞离防区返航，返航途中需穿越一个矩形框。从起飞到降落 的整个操作过程不得超过 5 分钟，时间越短越好。 图 1 消防飞行器活动区域示意图 2要求要求 （1） 飞行器从起飞地点垂直起飞升高到 150cm10cm 的巡航高度。 （15

5、 分） （2） 在起飞点的巡航高度上悬停15秒， 然后以巡航高度从A处进入防区巡航飞行。 （10 分） （3） 飞行器发现防区内的火源后，飞往火源上方用上激光笔照射火源作为灭火；激 光笔光斑在以火源为圆心、直径 20cm 圆形区域保持 2 秒及以上即视为灭火成功。 （30 分） （4） 飞行器从 B 处飞离防区。 （10 分） + 500cm 400cm 50cm 300cm 300cm 50cm A B 80cm 80cm B-2 （5） 返航途中飞行器需要穿过一个宽高为 10070cm 的矩形框。 （15 分） （6） 回到降落点上空，垂直下降，准确平稳地降落在降落点； （10 分） （7

6、） 整个飞行过程计时得分。 （10 分） （8） 其他。 （10 分） （9） 设计报告 （20 分） 项项 目目 主要内容主要内容 满分满分 系统方案 方案描述、比较与选择 3 设计与论证 控制方法描述及参数计算 5 电路及程序设计 系统组成，原理框图与各部分电路图 系统软件设计与流程图 7 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 测试结果分析 3 设计报告结构 及规范性 摘要、报告正文结构、公式、图表的完整性和 规范性 2 总分总分 20 3说明说明 （1） 参赛队使用飞行器时应遵守中国民用航空局的相关管理规定。 （2） 飞行器桨叶旋转速度高，有危险！请务必注意自己及他人

7、的人身安全；操作者 需佩戴防护镜及防护手套。 （3） 飞行器可自制或外购， 飞行器机身必须标注参赛队号； 飞行器桨叶固定轴间最 大轴间距不超过 50cm；飞行器必须带防护圈，否则不予测试。 （4） 以模拟火源的 LED 为圆心，画一个直径 20cm 的圆（边缘线宽不超过 1mm） ， 以便观察灭火动作。 （5） 防区边缘有 5cm 宽黑色边框。 （6） 测试现场无阳光直射。 （7） 飞行器的旋翼的数量不少于两个。 （8） 飞行器的姿态检测及飞行控制必须使用 TI 公司的处理器，例如 C2000、 MSP432、TIVA M4、MSP430 等。所有的电路板应方便评测专家检查芯片使用 情况。 （

8、9） 返航途中任意放置的矩形框宽 100cm，高 70cm；边框为黑色，边框宽度不大 于 6cm，矩形框下边框距地面 110cm；建议采用 KT 板、泡沫等轻质材料。 （10）起飞前，飞行器可手动放置到起飞点；起飞可手动控制，起飞后整个飞行过程 中不得人为干预； 若采用飞行器外的启动或急停装置， 起飞后必须立刻将装置 交给评审专家。 B-3 （11）每次测试全程中不得更换电池；允许测试 2 次，两次测试之间允许更换电池， 更换电池时间小于 2 分钟。 （12）飞行器起飞及降落必须垂直进行， 否则将酌情扣分； 飞行器起飞后必须在指定 高度巡航，否则将酌情扣分。 （13）飞行器必须从指定位置进出巡

9、航区， 巡航灭火期间飞行器外缘偏离巡航区一个 机身以上将酌情扣分；飞行器必须从指定方向返回起飞点降落。 （14）飞行期间，飞行器触及地面后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地后 5s 内不能 自行恢复飞行视为失败，失败前完成动作仍计分。 （15）平稳降落是指在降落过程中无明显的跌落、弹跳及着地后滑行等情况出现。 （16）为安全起见， 可沿飞行区域四周架设安全网 （长500cm， 宽400cm， 高 200cm） ， 顶部无需架设。 C-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 C 题：无线充电电动小车（本科） 1.1. 任务 设计并制作一个无线充电电动车，包括无线充电装置一套。电动小车机械部分可采用成

10、 品四轮玩具车改制。外形尺寸不大于 30cm26cm，高度重量不限。 2要求 （1）制作一套无线充电装置，其发射器线圈放置在路面。发射器采用具有恒流恒压模式 自动切换的直流稳压电源供电，供电电压为 5V，供电电流不大于 1A。无线充电接收器安装 在小车底盘上。每次充电时间限定 1 分钟。 （10 分） （2）制作一个无线充电电动车。电动车使用适当容量超级电容（法拉电容）储能，经 DC-DC 变换给电动车供电。车上不得采用电池等其他储能供电器件。 （10 分） （3）充电 1 分钟后，当电动车检测到无线充电发射器停止充电时，立即自行启动，向前 水平直线行驶，直至能量耗尽，行驶距离不小于 1m。

11、（20 分） （4）充电 1 分钟后，电动车沿倾斜木工板路面直线爬坡行驶，路面长度不大于 1m，斜 坡倾斜角度 自定。综合多方因素设计，使电动车在每次充电 1 分钟后，电动车爬升高度 h=lsin 最大。 式中 l 为小车直线行驶的距离。 （50 分） （5）其他。 （10 分） （6）设计报告： （20 分） 项目项目 主要内容主要内容 满分满分 方案论证 比较与选择，方案描述 3 理论分析与计算 系统相关参数设计 5 电路与程序设计 系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统 软件与流程图 5 测试方案与测试结果 测试结果完整性，测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图

12、表的完整与准确性。 2 总分总分 20 3说明 （1）DC-DC 变换建议采用 TI 公司 TPS63020 芯片。 （2）超级电容的容量可根据充电器在 1 分钟时间充入的电荷量及小车行驶所需电流、时 间和重量等因素综合考虑。 （3）行驶距离以小车后轮触地点为定位点。倾斜坡度 自定。 （4）测试时，要求小车先充电、放电运行数次。保证测试时，小车无预先额外储能。以 保证测试公平性。正式测试允许运行两次，取最好成绩记录。违规车辆不予测试。 C-2 （5）无线充电电动车是一个比较复杂的工程问题，通过提高充、放电效率，减轻车重， 优化电机驱动，适当选取超级电容（法拉电容）容量及路面倾斜角度 等，提高电

13、动车的爬 升高度。 （6）通过设置直流稳压电源的输出电压为 5V，最大输出电流为 1A，确保发射器供电为 5V，电流不大于 1A。 （7）路面倾斜角度 可以采用具有角度测量功能 APP（如“指南针”）的手机，平放在斜 坡上测量。 D-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 D 题：手势识别装置 1任务 基于 TI 公司传感芯片 FDC2214 设计制作一个手势识别装置，实现对猜拳游 戏和划拳游戏的判决。该装置也可以直接使用 FDC2214 EVM 板，要求所使用的 FDC2214 芯片或者 EVM 板不得超过 2 块。 装置具有训练和判决两种工作模式。在判决模式下实验装置能对指定人员进 行猜拳

14、游戏和划拳游戏的判决。这里猜拳游戏的判决是指对手势比划“石头” 、 “剪刀”和“布”的判定，划拳游戏的判定是指手势比划“1” 、 “2” 、 “3” 、 “4” 和“5”的判定。在训练模式下能对任意人员进行猜拳游戏和划拳游戏的手势训 练，经过有限次训练后，能进行正确的猜拳游戏和划拳游戏的手势判决。 2要求 （1） 装置工作在判决模式下， 能对参赛者指定人员进行猜拳判决， 给出手势 “石头” 、 “剪刀”和“布”的准确判决，要求每一次判决的时间不大于 1 秒。 （18 分） （2） 装置工作在判决模式下， 能对参赛者指定人员进行划拳判决， 给出手势 “1” 、 “2” 、 “3” 、 “4”和“

15、5”的准确判决，要求每一次判决的时间不大于 1 秒。 （28 分） （3） 装置工作在训练模式下， 对任意测试者进行猜拳的手势训练， 每种动作 训练次数不大于 3 次，总的训练时间不大于 1 分钟；然后切换工作模式到判决模 式， 对被训练的人员进行猜拳判决， 要求每一次判决的时间不大于 1 秒。（21 分） （4）装置工作在训练模式下，对任意测试者进行划拳的手势训练，每种动 作训练次数不大于 3 次，总的训练时间不大于 2 分钟；然后切换工作模式到判 决模式，对被训练的人员进行划拳判决，要求每一次判决的时间不大于 1 秒。 （29 分） （5）其他。 （ 4 分） （6）设计报告。 （20 分

16、） 项 目 主要内容 分数分数 D-2 系统方案 比较与选择，方案系统描述，方案理论分析与 计算 6 电路与程序设计 系统原理图和各个部分原理图； 系统软件流程 图 4 测试方案与测试 结果 测试方案合理； 测试结果完整； 测试结果分析； 基本测试仪器 6 设计报告结构及 规范性 摘要； 正文结果规范； 图表的完整性与准确性。 4 总分 20 3 3 说明 （1）题目中“指定人员”是参赛队学生自己指定的人员， “任意测试者”是 由评审老师临时选择的人员。 （2）FDC2214 是基于 LC 谐振电路原理的一个电容检测传感器。其基本原理 如图 1 所示，在芯片每个检测通道的输入端连接一个电感和电

17、容，组成 LC 电 路，被测电容传感端（图 1 中灰色标识部分即为被测电容）与 LC 电路相连接， 将产生一个振荡频率，根据该频率值可计算出被测电容值。 图 1 FDC2214 传感器基本原理 利用 FDC2214 的工作原理可实现手势接近和识别的功能，如图 2 所示，黄 色部分称为“FDC2214 的传感平面”，该平面为导体材质，当人手接近该导体 传感平面时，传感端的电容发生了变化，这就会导致 LC 电路振荡频率的变化， 从而反映出手势接近，以及手势的判定。 D-3 （2）基于 FDC2214 实现手势接近和判决的实验中存在如下的特征：传感平 面的面积越大、手势与传感平面的距离越小，感应的频

18、率变化越大，系统会越 灵敏，但同时也可能引入越多的噪声。所以在设计该传感平面时，要根据实际 情况综合考虑。进一步设计文档可参考如下连接： 图 2 手势感应示意 为了便于进行训练和判决测试，建议学生作品可以对测试区进行指定，如图 3 所示。在测试或者训练时要求测试者的手势紧贴在测试板上，建议测试者手势 与作品的 FDC2214 传感器距离不小于 1 厘米。 图 3 手势识别装置的测试示意图 （3）猜拳游戏和划拳游戏手势的具体定义应符合大众认知。对任意测试者 进行手势训练时，测试者要遵循学生的指导来进行训练；训练完成后，要在学 生的指导下进行手势判决测试。 E-1 2018年TI杯大学生电子设计竞

19、赛 E 题：变流器负载试验中的能量回馈装置（本科） 1. 任务任务 设计并制作一个变流器及负载试验时的能量回馈装置，其结构如图 1 所示。 变流器进行负载试验时， 需在其输出端接负载。 通常情况下， 输出电能消耗在该负载上。 为了节能，应进行能量回馈。负载试验时，变流器 1（逆变器）将直流电变为交流电，其输 出通过连接单元与变流器 2（整流器）相连，变流器 2 将交流电转换成直流电，并回馈至变 流器 1 的输入端，与直流电源一起共同给变流器 1 供电，从而实现了节能。 图 1 变流器负载试验中的能量回馈装置 2要求要求 （1）变流器 1 输出端 c、d 仅连接电阻性负载，变流器 1 能输出 5

20、0Hz、25V0.25V、 2A的单相正弦交流电。 （20分） （2）在要求（1）的条件下，变流器 1 输出交流电的频率范围可设定为 20Hz100H， 步进 1Hz。 （15分） （3）变流器 1 与能量回馈装置按图 1 所示连接，系统能实现能量回馈，变流器 1 输出 电流 I1 = 1A。 （20 分） （4）变流器 1 与能量回馈装置按图 1 所示连接，变流器 1 输出电流 I1 = 2A，要求直流 电源输出功率 Pd越小越好。 （35 分） （5）其他。 （10 分） （6）设计报告 （20 分） 项项 目目 主要内容主要内容 满分满分 方案论证 比较与选择，方案描述 3 理论分析与计

21、算 系统相关参数设计 5 电路与程序设计 系统原理框图与各部分的电路图，系统软件流程图 5 测试方案与测试结果 测试方案合理，测试结果完整性，测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。 2 总分总分 20 3说明说明 + _ U1 E-2 （1）图 1 所示的变流器 1 及能量回馈装置仅由直流电源供电，直流电源可采用实验室的 直流稳压电源。 （2）图 1 中的“连接单元”可根据变流器 2 的实际情况自行确定。 （3）电路制作时应考虑测试方便，合理设置测试点。 （4）能量回馈装置中不得另加耗能器件。 （5）图 1 中，a、b 与 c、d 端应能够测试，a、c

22、 端应能够测量电流；c、d 端应能够断开， 另接其他阻性负载。 F-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 F 题：无线话筒扩音系统（本科） 1任务 设计制作一个短距无线话筒扩音系统，用于会场扩音。 2要求 （1）无线话筒采用模拟调频方式，载波频率范围为 88MHz108MHz，最大 频偏为 75kHz，音频信号带宽为 40 Hz15 kHz，天线长度小于 0.5 米。可以用普 通调频广播收音机收听话筒信号，音频信号应无明显失真。无线话筒采用 2 节 1.5V 电池独立供电。 （15 分） （2）无线话筒载波频率可以在 88MHz108MHz 间任意设定，频道频率间隔 200kHz。 （15

23、分） （3）制作与无线话筒相应的接收机，通信距离大于 10m。8负载下，最大 音频输出功率为 0.5W。 接收机可以用成品收音机改制。 （15 分） （4）再制作一只满足上述要求的无线话筒。通过手动分别设置两只话筒的 载波频率，使两只话筒可以同时使用，并改进接收机，手动控制实现分别对两只 话筒扩音或混声扩音。 （25 分） （5）两只无线话筒在开机时可以自动检测信道占用情况，如果发现相互存 在干扰或存在其他电台干扰，可以通过自动选择载波频率规避干扰信号。响应时 间小于 1 秒。 （30 分） （6）设计报告： （20 分） 项目项目 主要内容主要内容 满分满分 方案论证 比较与选择，方案描述

24、3 理论分析与计算 系统相关参数设计 5 电路与程序设计 系统组成，原理框图与各部分的电路图，系 统软件与流程图 5 测试方案与测试结果 测试结果完整性，测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。 2 总分总分 20 F-2 3说明说明 （1）无线话筒未采用 2 节 1.5V 电池独立供电，则（4） 、 （5）不测。 （2）在（4） 、 （5）中所设计的话筒均可由普通调频广播收音机收听。 G-1 2018年TI杯大学生电子设计竞赛 G 题：简易数字信号时序分析装置（高职高专） 1. 任务 设计一个数字信号时序分析装置，可在示波器（X-Y 模式）上同时显示

25、8 路数字信号时序，装置的系统组成如图 1 所示。 2要求 （1） 设计制作 8 位数字信号发生电路， 可产生 8 位并行移位循环输出的 TTL 电平信号，TTL 电平的外输入移位时钟 clock 信号频率为 100kHz，D0 D7循环 输出的时序波形如图 2。 （20 分） （2）设计制作数字信号时序分析装置，通过键盘预置 8 位单级触发字 TW， 满足触发条件（即 D0 D7刚好为预置的 TW）时，可在示波器上不重叠地自左 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10s 移位循环周期 80s 图 2 数字信号发生电路循环输出时序波形 数字 信号 时序 分析 装置 D0 D1 D2

26、 . . . D7 X Y 示波器 图1 设计作品系统组成 8 位 数字 信号 发生 电路 8 条 跳接线 . . . clock G-2 至右同时显示 8 路数字信号 1 个移位循环周期的时序波形。 （30 分） （3）8 路数字信号时序波形的触发时间位置可调，可分别选择“触发开始 跟踪” 、 “中心触发”和“触发终止跟踪”三种方式（即触发字的时间位置可分别 选在示波器屏幕的左侧、 中间和右侧） 。 （15 分） （4）在示波器屏幕上添加可手动位移的时间标志线（屏幕上的竖亮线） ，并 用 8 个 LED 显示时间标志线对应时刻的 8 路数字信号的状态字 SW（状态 1 时 LED 点亮、状态

27、 0 时 LED 熄灭） 。 （15 分） （5）在触发字时刻，分析装置对 8 路数字信号的逻辑状态开始采集与存储， 并可在示波器上回放 2 个移位循环周期的 8 路数字信号时序波形。 （10 分） （6）其他 （10 分） （7）设计报告 （20 分） 项项 目目 主要内容主要内容 满分满分 方案论证 比较与选择，方案描述。 3 理论分析与计算 系统相关参数设计 5 电路与程序设计 系统组成， 原理框图与各部分电路图， 系统软 件与流程图。 5 测试方案与测试结果 测试结果完整性，测试结果分析。 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。 2 总分总分 20 3说明说

28、明 （1） 8 路数字信号发生电路输出与时序分析装置输入端 D0 D7之间采用跳 线连接，供设计作品测试时可能颠倒输入接线顺序使用。数字信号时序分析装置 如需 clock 信号，或需产生与 clock 信号同步的时钟信号，均可直接引用外部输 入的 clock 信号。 （2）可预置的触发字 TW 是 8 位二进制码组（称为字），码组 D0 D7称 为状态字 SW（本题仅有 8 种不同的 SW），SW 等于 TW 时触发 X 通道扫描。 （3）可对 clock 信号 8 分频得到同步扫描周期信号，将其变换为周期性斜 升波作为示波器 X 通道输入的扫描信号。 （4）完成第（2）步要求时，既可采用 8

29、 通道 A/D 采集输入数字信号，也 可采用简单方案，即“八进制计数器、D/A、8 选 1 模拟开关、加法器”组合的 简单实现方案，其中八进制计数器对 clock 信号计数形成 3 位地址码，同时作为 用于轮流选通 D0 D7的 8 选 1 模拟开关的选通信号及 D/A 地址线， 使 D/A 输出 G-3 8 级周期性阶梯波，这 8 个台阶电压分别与模拟开关选通输出的某一路数字信号 叠加，确保 8 路数字信号波形显示不重叠。加法器可以是有源的，也可以是无源 的，其输出接示波器 Y 通道。 （5）现场测试正式开始后，参赛者不能再对示波器进行任何调整操作。 H-1 2018 年TI杯大学生电子设计

30、竞赛 H 题：简易功率测量装置（高职高专） 1 1 任务任务 利用 TI 的 MSP430F5529 设计并制作一个简易功率测量装置 （图 1 淡色相框 内部分） ，用以测量交流或直流电源负载上的功率，并实时数字显示该功率值。 功率测量连接示意图如图 1 所示，图中 A、B、C 和 D 分别为四个测试端点。 “信 号处理及显示电路”部分可单独由外加电源供电。交流电源可采用带功率输出的 信号源，负载电阻可采用额定功率大于 1W 的可变电阻。 2 2 要求要求 （1） 负载为纯电阻， 采用直流供电， 电源电压在 200 mV5V 时， 调整负载电阻， 能测量 40mW1W 负载功率， 误差小于 1

31、%。 （18 分） （2）负载为纯电阻，采用 50Hz 正弦交流供电，电源电压有效值在 1V5V 时， 调整负载电阻，能测量 40mW500mW 负载功率，误差小于 5%。 （18 分） （3）该装置能自动识别交流、直流供电，并自动选择量程。 （20 分） （4）负载为纯电阻，采用直流供电。电源电压在 200 mV30V 时，调整负载电 阻， 能自动测量 40mW1W 负载功率， 误差小于 1%。 （12 分） （5）负载为 1000F 电解电容与电阻串联的网络，采用 50Hz 正弦交流供电。电 源电压有效值在 1V5V 时，调整负载电阻，能测量 40mW500mW 负载有功功 率， 测量误差

32、小于 5%。 （12 分） （6）尽量降低“功率取样电路”网络自身的功耗，减少其接入电路对被测电路 的影响。 （20 分） H-2 （7） 设计报告： （20 分） 项目项目 主要内容主要内容 满分满分 方案论证 比较与选择，方案描述 3 理论分析与计算 系统相关参数设计 5 电路与程序设计 系统组成，原理框图与各部分的电路图，系统 软件与流程图 5 测试方案与测试结果 测试结果完整性，测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性。 2 总分总分 20 3 说明 （1） 正弦交流供电装置可采用功率型信号放大器。 （2） 测试中 A、B、C 和 D 四个端子不能改变或调整，测试过程中不能手 动更换取样电路。C 和 D 两个端子预留鳄鱼夹子，以便更换负载。 （3） 实际功率可通过用两块 4 位半数字万用表同时测量负载电阻上的电 压电流计算得出。 （4） 如第（3）项未完成，则以后内容不测。