【本科组】

一、任务

设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率fREF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、 n3:n1=1:10，将uF作为输出电流的反馈信号；负载电阻RL=30Ω~36Ω。

二、要求

1．基本要求

（1）具有最大功率点跟踪（MPPT）功能：RS和RL在给定范围内变化时，使，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：当fREF在给定范围内变化时，使uF的频率fF=fREF，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率≥60%。

（4）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD≤5%。

（5）具有输入欠压保护功能，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V。

（6）具有输出过流保护功能，动作电流Io（th）=（1.5±0.2）A。

2．发挥部分

（1）提高DC-AC变换器的效率，使≥80%（RS=RL=30Ω时）。

（2）降低输出电压失真度，使THD≤1%（RS=RL=30Ω时）。

（3）实现相位跟踪功能：当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证uF与uREF同相，相位偏差的绝对值≤5°。

（4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。

（5）其他。

三、说明

1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。

2．US采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。

3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。

4．DC-AC变换器效率，其中。

5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路达到稳态的时间不大于1s。

6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。

7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。

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。

声音导引系统(B题)

【本科组】

一、任务

设计并制作一声音导引系统，示意图如图1所示。

图中，AB与AC垂直，Ox是AB的中垂线，O'y是AC的中垂线，W是Ox和O'y的交点。

声音导引系统有一个可移动声源S，三个声音接收器A、B和C，声音接收器之间可以有线连接。声音接收器能利用可移动声源和接收器之间的不同距离，产生一个可移动声源离Ox线（或O'y线）的误差信号，并用无线方式将此误差信号传输至可移动声源，引导其运动。

可移动声源运动的起始点必须在Ox线右侧，位置可以任意指定。

二、要求

1．基本要求

（1）制作可移动的声源。可移动声源产生的信号为周期性音频脉冲信号，如图2所示，声音信号频率不限，脉冲周期不限。

（2）可移动声源发出声音后开始运动，到达Ox线并停止，这段运动时间为响应时间，测量响应时间，用下列公式计算出响应的平均速度，要求平均速度大于 5cm/s。

（3）可移动声源停止后的位置与Ox线之间的距离为定位误差，定位误差小于3cm。

（4）可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧的距离小于5cm。

（5）可移动声源到达Ox线后，必须有明显的光和声指示。

（6）功耗低，性价比高。

2．发挥部分

（1）将可移动声源转向180度（可手动调整发声器件方向），能够重复基本要求。

（2）平均速度大于10cm/s。

（3）定位误差小于1cm。

（4）可移动声源在运动过程中任意时刻超过Ox线左侧距离小于2cm。

（5）在完成基本要求部分移动到Ox线上后，可移动声源在原地停止5s～10s，然后利用接收器A和C，使可移动声源运动到W点，到达W点以后，必须有明显的光和声指示并停止，此时声源距离W的直线距离小于1cm。整个运动过程的平均速度大于10cm/s。

（6）其他。

三、说明

本题必须采用组委会提供的电机控制ASSP芯片（型号MMC-1）实现可移动声源的运动。

在可移动声源两侧必须有明显的定位标志线，标志线宽度0.3cm且垂直于地面。

误差信号传输采用的无线方式、频率不限。

可移动声源的平台形式不限。

可移动声源开始运行的方向应和Ox线保持垂直。

不得依靠其他非声音导航方式。

移动过程中不得人为对系统施加影响。

接收器和声源之间不得使用有线连接。

宽带直流放大器（C题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。

二、要求

1．基本要求

（1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范围内手动连续调节。

（2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。

（3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。

（4）放大器的输入电阻≥50，负载电阻（50±2）。

（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。

2．发挥部分

（1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV。

（2）在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V。

（3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。

（4）最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。  

（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。

（6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点）。

（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。

（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

三、说明

1．宽带直流放大器幅频特性示意图如图1所示。

负载电阻应预留测试用检测口和明显标志，如不符合（50±2）的电阻值要求，则酌情扣除最大输出电压有效值项的所得分数。

3．放大器要留有必要的测试点。建议的测试框图如图2所示，可采用信号发生器与示波器/交、直流电压表组合的静态法或扫频仪进行幅频特性测量。

无线环境监测模拟装置（D题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。

二、要求

1．基本要求

（1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。

（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。

（3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。

2．发挥部分

（1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。

（2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。

（3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。

（4）其他。

三、说明

1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化，采用遮挡光电传感器的方法实现。

2．发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。

3．测试各探测节点的功耗采用图2所示的节点分布图，保持距离D+D1=50cm，通过测量探测节点A干电池供电电流来估计功耗。电流测试电路见图3。图中电容C为滤波电容，电流表采用3位半数字万用表直流电流档，读正常工作时的最大显示值。如果D+D1达不到50cm，此项目不进行测试。

4．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、重要的源程序用附件给出。

电能收集充电器（E题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。监测和控制电路由直流电源变换器供电。由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。

二、要求

1、基本要求

（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V时，充电电流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。

（2）在Rs=100Ω时，能向电池充电的Es尽可能低。

（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽可能低。

（4）Es降低到不能向电池充电，最低至0时，尽量降低电池放电电流。

（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为 0.1 s～5s。

2、发挥部分

（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V时，以尽可能大的电流向电池充电。

（2）能向电池充电的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；

当Es＜1.1V时，取Rs =0.1Ω。

（3）电池完全放电，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压

＞3.6V，短路电流＞0）的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。

（4）降低成本。

（5）其他。

数字幅频均衡功率放大器（F题）

【本科组】

一、任务

设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。

二、要求

1．基本要求

（1）前置放大电路要求：

a. 小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。

b. -1dB通频带为20Hz～20kHz。

c. 输出电阻为600。

（2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。带阻网络具体电路见题目说明1。

（3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。要求：

a. 输入电阻为600。

b. 经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。

2. 发挥部分

制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。

（1）当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。

（2）功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。

（3）功率放大电路的效率≥60％。

（4）其他。

三、说明

1．题目基本要求中的带阻网络如图2所示。图中元件值是标称值，不是实际值，对精度不作要求，电容必须采用铝电解电容。

2．本题中前置放大电路电压放大倍数是在输入信号vi电压有效值为5mV的条件下测试。

3．题目发挥部分中的功率放大电路不得使用MOS集成功率模块。

4．本题中功率放大电路的效率定义为：功率放大电路输出功率与其直流电源供给功率之比，电路中应预留测试端子，以便测试直流电源供给功率。

5．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、重要的源程序用附件给出。下载本文