【正文】 第九屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽題目 光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置 （ A 題） 【本科組】 一、 任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作 一個(gè)光伏 并網(wǎng)發(fā)電模擬 裝置，其結(jié)構(gòu)框圖 如圖 1 所示。 用直流穩(wěn)壓電源 US和電阻 RS模擬 光伏 電池 ， US=60V， RS=30Ω~36Ω； uREF 為模擬電網(wǎng)電壓的 正弦參考信號， 其 峰峰值 為 2V，頻率 fREF 為 45Hz~55Hz； T 為工頻隔離變壓器，變比為 n2:n1=2: n3:n1=1:10，將 uF 作為輸出電流的反饋信號 ；負(fù)載電阻RL=30Ω~36Ω。 衰 減 放 大0 . 1 v1 v衰 減 A / D M C UL C DK E Y輸 入 信 號A CD C電 池 電 源 模 塊G N D圖 1 并網(wǎng)發(fā) 電模擬裝置框圖 二、 要求 1． 基本要求 （ 1）具有最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）功能： RS和 RL 在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使dS12UU?， 相對 偏差的絕對值不大于 1%。 （ 2）具有 頻率跟蹤 功能 ： 當(dāng) fREF 在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使 uF 的頻率 fF=fREF，相對 偏差絕對值不大于 1%。 （ 3）當(dāng) RS=RL=30Ω時(shí)， DCAC 變換器的效率 ?≥ 60%。 （ 4）當(dāng) RS=RL=30Ω時(shí)， 輸出電壓 uo 的 失真度 THD≤ 5%。 （ 5） 具有輸 入 欠 壓保護(hù)功能，動(dòng)作電壓 Ud（ th） =（ 25177。） V。 （ 6） 具有輸出過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流 Io（ th） =（ 177。） A。 2． 發(fā)揮部分 （ 1） 提高 DCAC 變換器的效率，使 ?≥ 80%（ RS=RL=30Ω時(shí) ） 。 （ 2）降低 輸出電壓失真度 ，使 THD≤ 1%（ RS=RL=30Ω時(shí) ） 。 （ 3）實(shí)現(xiàn) 相位跟蹤 功能 ： 當(dāng) fREF 在給定范圍內(nèi)變化以及加非阻性負(fù)載時(shí)，均能保證 uF 與 uREF 同相， 相位偏差 的絕對值 ≤ 5176。 （ 4） 過流 、欠壓 故障排除后， 裝置 能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀 態(tài) 。 （ 5） 其他。 三、 說明 1． 本題中所有交流量除特別說明外均為有效值。 2． US采用實(shí)驗(yàn)室可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，不需自制。 3． 控制電路允許另加輔助電源，但應(yīng)盡量減少路數(shù)和損耗。 4． DCAC 變換器效率 odPP?? ， 其中 o o1 o1P U I??， d d dP U I??。 5． 基本要求（ 1）、（ 2）和發(fā)揮部分（ 3）要求從給定或條件發(fā)生變化到電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間不大于 1s。 6． 裝置 應(yīng)能連續(xù)安全工作足夠長時(shí)間 ， 測試期間不能出現(xiàn)過熱等故障。 7． 制作時(shí)應(yīng)合理設(shè)置測試點(diǎn)（參考圖 1） ，以 方便測試。 8． 設(shè)計(jì)報(bào)告正文中應(yīng)包括系統(tǒng)總體框圖、核心電路原理圖、主要流程圖、主要的測試結(jié)果。完整的電路原理圖、重要的源程序和完整的測試結(jié)果用附件給出。 四、 評分標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng) 目 主要內(nèi)容 滿 分 設(shè)計(jì) 報(bào)告 方案論證 比較與選擇 方案描述 4 理論分析與 計(jì)算 MPPT 的控制方法 與參數(shù)計(jì)算 同頻、同相的 控制 方法與參數(shù)計(jì)算 提高效率的方法 濾波 參數(shù)計(jì)算 9 電路與程序設(shè)計(jì) DCAC 主回路 與器件選擇 控制電路或控制程序 保 護(hù)電路 9 測試 方案與測試結(jié)果 測試方案及測試條件 測試結(jié)果及其完整性 測試結(jié)果分析 5 設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性 摘要 設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu) 圖標(biāo)的規(guī)范性 3 總分 30 基本要求 實(shí)際制作完成情況 50 發(fā)揮 部分 完成第（ 1）項(xiàng) 10 完成第（ 2）項(xiàng) 5 完成第（ 3）項(xiàng) 24 完成第（ 4）項(xiàng) 5 其他 6 總分 50 聲音導(dǎo)引系統(tǒng) (B 題 ) 【本科組】 一、任務(wù) 設(shè)計(jì)并制作一聲音 導(dǎo)引 系統(tǒng) ，示意圖如圖 1所示。 接 收 器 CW D 1 m 圖 1 系 統(tǒng) 示 意 圖 xy 1 mS可 移 動(dòng)聲 源接 收 器 A 接 收 器 B中 點(diǎn) O中 點(diǎn) O ’ 圖 中， AB與 AC 垂直， Ox是 AB 的中垂線， O39。y 是 AC的中垂線， W是 Ox 和 O39。y 的交點(diǎn)。 聲音導(dǎo)引系統(tǒng) 有一個(gè)可移動(dòng)聲源 S，三個(gè)聲音接收器 A、 B 和 C，聲音接收器之間可以有線連接。聲音接收器能 利用 可移動(dòng) 聲源和接收器之間的不同距離，產(chǎn)生一個(gè) 可移動(dòng) 聲源離 Ox 線（或 O39。y 線） 的誤差信號，并用無線方式將此誤差信號傳輸至 可移動(dòng) 聲源， 引導(dǎo)其 運(yùn)動(dòng) 。 可移動(dòng)聲源運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)必須在 Ox 線右側(cè)，位置可以任意指定。 二、要求 1．基本要求 （ 1） 制作可移動(dòng)的聲源。可移動(dòng)聲源產(chǎn)生的信號為周期性音頻脈沖信號，如圖 2 所示，聲音信號頻率不 限，脈沖周期不限。 （ 2） 可移動(dòng)聲源 發(fā)出聲音后開始運(yùn)動(dòng)，到達(dá) Ox 線并停止，這段運(yùn)動(dòng)時(shí)間t 圖 2 信號波形示意圖 為響應(yīng)時(shí)間，測量響應(yīng)時(shí)間，用下列公式計(jì)算出響應(yīng)的平均速度， 要求 平均 速 度大于 5cm/s。 （ 3） 可移動(dòng) 聲源停止后的位置與 Ox線之間的距離為定位 誤差 ，定位誤差小于 3cm。 （ 4） 可移動(dòng) 聲源在運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻超過 Ox線左側(cè)的距離小于 5cm。 （ 5） 可移動(dòng) 聲源 到達(dá) Ox 線后，必須有明顯的光和聲指示。 （ 6）功耗低，性價(jià)比高 。 2．發(fā)揮部分 （ 1）將 可移動(dòng) 聲源轉(zhuǎn)向 180 度（可手動(dòng)調(diào)整發(fā)聲器件方向），能夠重 復(fù)基本要求。 （ 2）平均速度大于 10cm/s。 （ 3）定位誤差小于 1cm。 （ 4） 可移動(dòng) 聲源在運(yùn)動(dòng)過程中任意時(shí)刻超過 Ox線左側(cè)距離小于 2cm。 （ 5）在完成基本要求部分移動(dòng)到 Ox線上后，可移動(dòng)聲源在原地停止 5s～10s，然后利用接收器 A 和 C，使可移動(dòng)聲源運(yùn)動(dòng)到 W 點(diǎn)，到達(dá) W點(diǎn)以后，必須有明顯的光和聲指示并停止，此時(shí)聲源距離 W 的直線距離小于 1cm。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的平均速度大于 10cm/s。 （ 6）其他。 三、說明 1. 本題必須采用組委會(huì)提供的電機(jī)控制 ASSP 芯片（型號 MMC1）實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)聲源的運(yùn)動(dòng)。 2. 在可移動(dòng) 聲源 兩側(cè)必須 有明顯 的定位 標(biāo)志 線，標(biāo)志線 寬度 且垂直于地面。 3. 誤差信號傳輸 采 用的無線方式 、 頻率不限 。 4. 可移動(dòng)聲源的平臺(tái)形式 不限 。 5. 可移動(dòng) 聲源 開始運(yùn)行的方向應(yīng)和 Ox 線保持垂直 。 6. 不得依靠其他非聲音導(dǎo)航方式 。 7. 移動(dòng)過程中不得人為對系統(tǒng)施加影響。 可移動(dòng)聲源 的起始位置 到 Ox線的垂直距離 響應(yīng)時(shí)間 平均速度＝ 可移動(dòng) 聲源在 Ox線 上重新啟動(dòng)位置到移動(dòng)停止點(diǎn)的直線距離 再次運(yùn)動(dòng)時(shí)間 平均速度＝ 8. 接收器和聲源之間不得使用有線連接。 四、評分標(biāo)準(zhǔn) 寬帶直流放大器（ C 題） 【本科組】 一、任務(wù) 項(xiàng)目 主要內(nèi)容 分?jǐn)?shù) 設(shè)計(jì)報(bào)告 系統(tǒng)方案 整體方案比較 7 控制方案 設(shè)計(jì)與論證 設(shè)計(jì)、計(jì)算 12 誤差信號產(chǎn)生 控制理論簡單計(jì)算 電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 3 各種電 路圖 測試結(jié)果 測試數(shù)據(jù)完整性 3 測試結(jié)果分析 設(shè)計(jì)報(bào)告 摘要 5 正文結(jié)構(gòu)完整性 圖表的規(guī)范性 總分 30 基本要求 基本要求實(shí)際完成情況 50 發(fā)揮部分 完成第 （ 1） 項(xiàng) 5 完成第 （ 2） 項(xiàng) 10 完成第 （ 3） 項(xiàng) 10 完成第 （ 4） 項(xiàng) 10 完成第 （ 5） 項(xiàng) 10 完成第 （ 6） 項(xiàng) 5 總分 50 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)寬帶直流放大器及所用的直流穩(wěn)壓電源。 二、要求 1． 基本要求 （ 1）電 壓增益 AV≥40dB，輸入電壓有效值 Vi≤20mV。 AV可在 0～ 40dB 范圍內(nèi)手動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)。 （ 2）最大輸出電壓正弦波有效值 Vo≥2V，輸出信號波形無明顯失真。 （ 3） 3dB 通頻帶 0～ 5MHz；在 0～ 4MHz通頻帶內(nèi)增益起伏 ≤1dB。 （ 4）放大器的輸入電阻 ≥50?，負(fù)載電阻（ 50177。2） ?。 （ 5）設(shè)計(jì)并制作滿足放大器要求所用的直流穩(wěn)壓電源。 2． 發(fā)揮部分 （ 1）最大電壓增益 AV≥60dB，輸入電壓有效值 Vi≤10 mV。 （ 2）在 AV＝ 60dB 時(shí)，輸出端噪聲電壓的峰－峰值 VONPP≤。 （ 3） 3dB 通頻帶 0～ 10MHz；在 0～ 9MHz通頻帶內(nèi)增益起伏 ≤1dB。 （ 4）最大輸出電壓正弦波有效值 Vo≥10V，輸出信號波形無明顯失真。 （ 5）進(jìn)一步降低輸入電壓提高放大器的電壓增益。 （ 6）電壓增益 AV可預(yù)置并顯示，預(yù)置范圍為 0～ 60dB，步距為 5dB（也可以連續(xù)調(diào)節(jié)）；放大器的帶寬可預(yù)置并顯示（至少 5MHz、 10MHz 兩點(diǎn)）。 （ 7）降低放大器的制作成本，提高電源效率。 （ 8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。 三、說明 1． 寬帶直流放大器幅頻特性示意圖 如圖 1 所示。 圖 1 幅頻特性 示意圖 2． 負(fù)載電阻應(yīng)預(yù)留測試用檢測口和明顯標(biāo)志，如不符合（ 50177。 2） ?的電阻值要求，則酌情扣除最大輸出電壓有效值項(xiàng)的所得分?jǐn)?shù)。 3． 放大器要留有必要的測試點(diǎn)。建議的測試框圖如圖 2 所示，可采用信號發(fā)生器與示波器 /交、直流電壓表組合的靜態(tài)法或掃頻儀進(jìn)行幅頻特性測量。 圖 2 幅頻特性測試框圖 四、評分標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì) 報(bào)告 項(xiàng) 目 主要內(nèi)容 分?jǐn)?shù) 系統(tǒng)方案 比較與選擇 方案描述 2 理論分析與計(jì)算 帶寬增益積 通 頻帶內(nèi)增益起伏 控制 線性相位 抑制直流零點(diǎn)漂移 放大器穩(wěn)定性 9 電路與程序 設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì) 8 測試方案與測試結(jié)果 測試方案及測試條件 測試結(jié)果完整性 測試結(jié)果分析 8 設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性 摘要 設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu) 圖表的規(guī)范性 3 總分 30 基本 要求 實(shí)際制作完成情況 50 發(fā)揮 部分 完成第（ 1）項(xiàng) 7 完成第（ 2）項(xiàng) 2 完成第（ 3）項(xiàng) 7 完成第（ 4）項(xiàng) 6 完成第（ 5）項(xiàng) 12 完成第（ 6）項(xiàng) 5 完成第（ 7）項(xiàng) 6 其他 5 總分 50 無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置（ D 題） 【本科組】 一、 任務(wù) 設(shè)計(jì) 并 制作一 個(gè)無線環(huán)境監(jiān) 測模擬裝置，實(shí)現(xiàn)對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由 1 個(gè)監(jiān)測終端和不多于 255 個(gè)探測節(jié)點(diǎn)組成（實(shí)際制作 2個(gè)）。監(jiān)測終端和探測節(jié)點(diǎn) 均含一套無線收發(fā)電路，要求具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能，收發(fā)共用一個(gè)天線。 二、要求 1．基本要求 （ 1） 制作 2 個(gè) 探測節(jié)點(diǎn)。探測節(jié)點(diǎn) 有 編號 預(yù)置功能，編碼預(yù)置范圍為00000001B～ 11111111B。 探測節(jié)點(diǎn)能夠探測其環(huán)境溫度和光照信息。溫度測量范圍為 0℃ ～ 100℃，絕對誤差小于 2℃；光照信息僅要求測量光的有無。探測節(jié)點(diǎn) 采用兩節(jié) 干電池串聯(lián)，單電源供電 。 （ 2） 制作 1 個(gè)監(jiān)測終端， 用外接單電源供電。探測節(jié)點(diǎn)分布示意圖如圖 1所示。監(jiān)測終端可以分別與各探測節(jié)點(diǎn)直接通信，并能顯示當(dāng)前能夠通信的探測節(jié)點(diǎn)編號及其探測到的環(huán)境溫度和光照信息。 探測 節(jié)點(diǎn) A 探測 節(jié)點(diǎn) B 監(jiān)測 終端 D 圖 1 探測節(jié)點(diǎn) 分布示意圖 （ 3） 無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置的探測時(shí)延不大于 5s， 監(jiān)測終端 天線與探測節(jié)點(diǎn)天線的距離 D不小于 10cm。在 0～ 10cm 距離內(nèi)，各探測節(jié)點(diǎn)與 監(jiān)測終端 應(yīng)能正常通信。 2．發(fā)揮部分 （ 1） 每個(gè)探測節(jié)點(diǎn)增加信息的轉(zhuǎn)發(fā)功能，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)功能示意圖如圖 2 所示。即探測節(jié)點(diǎn) B 的探測信息，能自動(dòng)通過探測節(jié)點(diǎn) A轉(zhuǎn)發(fā)，以增加 監(jiān)測終端與節(jié)點(diǎn) B 之間的探測距離 D+D1。該轉(zhuǎn)發(fā)功能應(yīng)自動(dòng)識別完 成，無需手動(dòng)設(shè)置，且探測節(jié)點(diǎn) A、 B可以互換位置。 （ 2） 在 監(jiān)測終端 電源供給功率≤ 1W，無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置探測時(shí)延不大于 5s 的條件下，使探測距離 D+D1達(dá)到 50cm。 （ 3） 盡量降低各探測節(jié)點(diǎn)的功耗，以延長干電池的供電時(shí)間。各探測節(jié)點(diǎn)應(yīng)預(yù)留干電池供電電流的測試端子。 （ 4）其他。 三、 說明 1． 監(jiān)測終端和探測節(jié)點(diǎn)所用天線為圓形空芯線圈，用直徑不大于 1mm 的漆包線或有絕緣外皮的導(dǎo)線密繞 5圈制成。線圈直徑為（ 177。 ） cm（可用 一號電池 作骨架）。天線線圈間的介質(zhì)為空氣。無線傳輸載波頻率低于 30MHz，調(diào) 制方式自定。 監(jiān)測終端 和探測