第十六届长通杯大学生电子设

第十六届“长通杯”大学生电子设
计竞赛试题
A:无线充电电动小车
一、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品四轮玩具车改制。

外形尺寸不大于30cm×26cm，高度重量不限。

图1 小车示意图
图2 系统框图
二、要求
1.基本要求
（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。

（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PWM（DC-DC）变换器给电动车供电。

车上不得采用电池等其他储能供电器件。

（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。

2.发挥部分
（1）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θ≥20°。

优化设计，使电动车在充电1分钟后，爬升高度h=lsinθ最大。

式
中l为小车直线行驶的距离。

（2）运动小车上需要对当前电量剩余情况进行实时显示，当电量不足时，能发出相
应的声光报警信号。

（3）运动小车上需要对行驶的距离进行实时显示，并显示出小车在每种运动状态下
的行驶路程及运行时间。

（4）其他自行创意发挥。

三、说明
1.PWM（DC-DC）电机驱动器可采用分立元件制作或采用集成芯片，但不得使用成品。

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。

4.测试时，要求小车先充电、放电运行数次以保证测试时，小车无预先额外储能。

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。

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，高效率电机及驱动器等，提高电动
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。

设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 3 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图 5 电路与程序设计电路图和设计文件，完整性，规范性 5
测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
测试结果完整性
测试结果分析
5 设计报告结构与规范性
摘要
设计报告正文的结构
图表规范性
2
总分20
基本要求完成（1）15 完成（2）15 完成（3）10 总分40
发挥要求完成（1）20 完成（2）8 完成（3）7 完成（4） 5 总分80
B: 超声波寻物小车
一、任务
通过带有超声波测距模块或激光测距模块的小车实现在一定范围内找寻物体。

图1 示意图
二、要求
1.基本要求
(1)在2m*2m白色场地上中心1m*1m处摆放三个物品（直径15cm，高20cm的圆柱）。

制作一台具有测距模块的小车，利用其测距功能搜寻三个物品。

(2) 每找到1个物品，小车车头位置需距物品10cm-15cm处有明显停车动作，同时利用指示灯标识已经找到。

工作人员将其拿出场地，并对小车施加继续寻找信号，直到三个物品全部被找到。

(3) 以全部找到3个物品所使用的时间长短作为排名依据，最长寻找时间为4分钟。

2.发挥部分
(1) 赛道周围铺有黑色边线，小车可以装置向下探测的红外对管实现对赛道边缘的检测。

(2) 在小车出发区的对角线区域，有距边线10cm宽，长度为50cm如图所示的双线，作为找到3个物品后的停车区域，停车时以车体覆盖住右上角10cm*10cm方块为准。

(3) 从找到3个物品后到小车停到停车区域所使用的时间长短作为发挥部分的排名依据，最长停车时间为2分钟。

三、说明
1. 小车可以在测距模块下方装置水平旋转的舵机实现超声波多角度探测，但不能有其他传感器对物体具有探测动作，测距模块可以是超声波测距或激光测距。

2. 小车出发区在场地左下角，且出发时测距模块和小车前进位置均为向前。

小车车体长度不超过30cm*20cm。

3. 在小车找到物品亮灯后，在工作人员拿走被找到物品并对小车给出继续寻找信号前的时间不计入总寻找时长。

4. 可以以手动按键方式给出继续寻找信号，但每次给出的寻找信号必须一致（即按键为同一个）。

四、评分标准
设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 2 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图8 电路与程序设计电路图和设计文件，完整性，规范性 4
测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
测试结果完整性
测试结果分析
4 设计报告结构与规范性
摘要
设计报告正文的结构
图表规范性
2
总分20
基本要求完成（1） 5 完成（2） 5 完成（3） 5 完成（4） 5 总分20
发挥要求完成（1） 5 完成（2）10 完成（3）10 完成（4）15 总分20
C：“互联网+照明”简易演示系统设计
一、任务
设计并制作一个简易的“互联网+照明”演示系统，系统包括照明控制系统、LED照明
光源及相应的机械装置。

要求系统采用直流电源供电，直流供电电压范围为5-24V，照明
光源必须使用LED，且单个LED功率不能超过2W，演示系统LED照明功率不小于3W，照明系
统不存在明显的频闪情况。

二、要求
1．基本要求
(1) 系统可以实现基本照明要求，在系统不断电时可手动实现照明的开启和关闭功能；
(2) 在满足基本要求（1）的前提下，系统可以通过按键连续实现5档的照明亮度控制（0%~100%范围内调节，步进20%）；
(3) 系统可以通过按键选择至少三种颜色以上的照明颜色（可以较为明显看出颜色由红、绿和蓝三种颜色组合而成），并且可以实现照明亮度控制（0%~100%范围内调节，步
进20%）；
(4) 系统可以通过无线WIFI或者蓝牙两种通信方式通过手机实现基本要求（1）-（3）的功能，利用蓝牙通信方式得分减半。

2．发挥要求
(1)系统可以通过液晶显示器显示照明信息（如：亮度等级，单色或者混合色等）；
(2)将机械按键控制方式优化成触摸控制方式；
(3)演示系统采用单一直流5V电源供电。

三、说明
1．要求制作的LED照明演示系统照明效果无明显的闪烁，并尽可能的降低频闪；
2．LED驱动可以采用分立元件搭接，也可以采用专用的驱动芯片（但需要考虑性价比）；
3．系统尽可能考虑实用性、美观性，即尽可能接近实际产品。

四、评分标准
设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 2 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图8 电路与程序设计
电路设计
主程序内容
4 测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
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，设计报告正文结构，图表规范性 2
总分20
基本要求完成（1） 5 完成（2）10 完成（3）10 完成（4）15 总分40
发挥要求完成（1）20 完成（2）10 完成（3）10 总分40
东北电力大学第十六届“长通杯”大学生电子设计竞赛试题
8
D:智能洗车系统
一、任务
如结构图所示，制作相应的洗车系统，在本系统中，车模的大小为长20cm —30cm 范围内，宽15cm —25cm ，车高15±1cm ，其它尺寸如图所示，电机摆放位置不做严格要求，结构按规定做好后，完成下列要求。

图1
系统设计图
图2 结构示意图
东北电力大学第十六届“长通杯”大学生电子设计竞赛试题
二、要求
1.基础部分
(1)模型车在如图所示的位置区域内，以-15°—+15°的任意状态停止或摆放。

洗车装置开启后装置可以围绕车体且在不碰撞车体的情况下完成绕车3周，洗车装置出水口始终正对车体，装置与车体的距离不作要求，不碰撞即可。

车模若超出警戒线，系统报警。

（15分）
(2)在装置运行过程中要有相应的语音提示（如：欢迎光临，谢谢惠顾等，语音要考虑实际场合应用）不少于5个，且装置环绕车体在不同圈数时，皆有不同指示灯亮灭。

（15分）
(3)自己准备规定尺寸内的车模，在如图所示的位置区域内，以-15°—+15°的任意状态停止或摆放。

洗车装置出水口距离车体两侧2-4cm，距离车体前后不超过5cm，且完成绕车3周，3周之后，回到初始点。

洗车装置出水口始终正对车体，本问测试两次以上，且每次位置均有变化。

（若完成该部分要求，基础部分（1）默认满分）（15分）
2. 发挥部分
（1）在规定区域内，放置规定大小内且随机颜色的车模，并能完成基础部分（2）、（3），本要求中评委老师可自行选择车模，放置在规定范围内。

（20分）（2）在系统运行时，将车体手动偏离停止位后，系统立即中止，并能在不触碰车体的情况下，回到初始位置待命。

（10分）
（3）利用任意通信方式，将洗车系统的当前状态发送到另一设备中（单片机或手机），并能显示。

(10分)
（4）对于洗车系统部分用一块单片机完成所有功能。

（5分）
（5）其他（10分）
三、说明
1.自备车模和随机车模尺寸均为宽15-25cm，长20-30cm。

2.洗车装置的出水口设备上，不得安装传感器。

3.整个系统不允许使用PLC控制器。

4.洗车装置必须能洗到车模除底盘以外的部分。

5.洗车装置启动后，不得触碰按键和电线，如若触碰，重新测试。

6.运动过程中若发生故障，可复位重新启动，若在测试同一要求时出现两次故障，此要求不得分。

7.装置运行过程中，若到达线位边界，可沿线位边界处继续运行。

设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 5 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图 5 电路与程序设计电路图和设计文件，完整性，规范性 5
测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
测试结果完整性
测试结果分析
5
总分20
基本要求完成（1）15 完成（2）15 完成（3）15 总分45
发挥要求完成（1）20 完成（2）10 完成（3）10 完成（4） 5 完成（5）10 总分55
E ：电流信号检测装置
一、任务
设计制作一套电流信号检测装置，信号发生器产生的信号经功率放大电路驱动后，通
过导线连接纯电阻性负载后，形成一个电流环路。

要求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，并将波形和参数动态的显示在屏幕上。

（注：本题不可使用带有与题目相关信号输出功能的仪器设备）
二、要求
1.基本要求
（1）设计制作一个信号发生器，要求幅值和频率可调，波形可选择；（要求：波形为矩形波、三角波、正弦波；信号的幅值不超过5V ；频率范围为50Hz-2KHz ）
（2）如图1所示，设计电流信号采集电路，使用非直接接触式测量，并实时显示电路中的电流波形；
图1 信号采集电路示意图
（3）在图1电路基础上检测三角波信号（频率1～1.2KHz ，幅值≤10V），显示电流波形和电路中电流的频率、幅值；
（4）在图1电路基础上检测正弦信号（频率200～500Hz ，幅值≤10V），显示电流波形和电路中电流的频率、幅值和有效值。

2.拓展部分
（1）在完成基本要求的基础上，自行设计功放电路，要求功率不小于10W ，按照如图1所示电路，使电路中电流峰值可达到1A ；
电流检测电路
功率放大电路
信号发生器
R
MCU
电流互感器
（2）产生如下图2所示意的信号作为信号发生器的输出信号，通过功率放大电路使信
号的幅值达到图中要求，并在屏幕上显示对应电流波形和电路中电流的幅值和有效值；（图示信号为单周期信号波形示意图，要求回路中电压幅值等于10V ）
图2 信号波形
（3）设计一个硬件电路将三角波和正弦波信号进行叠加，并在屏幕上显示电流波形和电路中原始电流信号的幅值和有效值；（频率500Hz ，叠加后幅值≤10V） （4）自主发挥部分。

三、说明
1.基本要求A 的信号发生器可通过单片机或硬件电路实现，此题不作特殊要求；
2.整个装置只能从一个接口供电，测试场地提供电源箱的参数为（0-30V ）/3A,不提供正负电源。

参赛选手尽量不要使用开关电源，如有极特殊情况，需参赛选手自备开关电源，此时不允许额外增加直流供电;
3.要求流过电阻R 的电流最大值≤1A。

参赛选手需要根据要求合理选择电阻R 和功率放大电路的参数。

此处可加电流超限声光警报，算为发挥部分;
4.电流互感器可使用成品线圈也可以使用漆包线自行缠绕（自行缠绕酌情加分）;
5.禁止使用树莓派（Raspberry Pi ）、小型电脑（PC ）、PLC 等作为程序控制器。

仅允许使用ST 、NXP 、TI 、STC 、ATMEL 等公司生产的单片机或FPGA 作为控制器；
6.AD 和DA 芯片可使用芯片内置，也可使用外部芯片，具体型号和性能此题不做要求;
7.电路中应留有方便万用表、示波器的测试节点；
8.R 的推荐电阻为4～8Ω；
9.功放应选择模拟功放，有能力的可以自行搭建,由于功率较大，应根据实际情况自行安装合适的散热片。

10V
10ms
10ms
10ms
t/s
-10V
四、评分标准
设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 5 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图 5 电路与程序设计电路图和设计文件，完整性，规范性 5
测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
测试结果完整性
测试结果分析
5
总分20
基本要求完成（1）15 完成（2） 5 完成（3）15 完成（4）15 总分50
发挥要求完成（1）15 完成（2）10 完成（3）15 完成（4）10 总分50
F:语音控制智能小车
一、任务
设计并制作一个语音控制智能小车，利用语音识别方法实现对智能小车的前进、后退、左转及右转控制。

二、要求
1．基本要求
（1）能够采集语音信号、并能够利用液晶显示屏实时显示声音波形。

（2）能够现场进行语音信号的采集、训练与识别，实现前进、后退、左转及右转等
至少四种语音信号的识别，并将识别结果显示在液晶显示屏上。

（3）能够存储4组以上的声音信号，并能够利用液晶显示屏回放显示其中任意一组声
音波形。

2．发挥部分
（1）能够利用语音识别算法完成对智能小车的前进、后退、左转及右转等四种动作
的控制。

（2）能够在走行的过程中利用语音改变智能小车的运动状态。

（3）走行过程中遇到障碍时能够自动避障。

（4）其它创意。

三、说明
1．可以选用51单片机、Arduino、STM32等多种嵌入式平台。

2．可以利用语音模块进行语音信号采集，但不能利用已有模块实现语音识别功能。

四、评分标准
设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 2 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图8 电路与程序设计
电路图和设计文件
主程序内容
4 测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
测试结果完整性
测试结果分析
4 设计报告结构与规范性
摘要
设计报告正文的结构
图标规范性
2
总分20
基本要求完成（1）10 完成（2）10 完成（3）10 完成（4）10 总分40
发挥要求完成（1）10 完成（2）10 完成（3）15 完成（4）15 总分40
G:便携式心电信号检测装置
一、任务
采用三导联法测量人体心电信号。

参考方案
心电波形
二、要求
1.基本要求
（1）可采用干电池或锂电池供电，也可采用5V USB接口供电，导联连接方式为3导联。

（2）调试模拟电路，最终能够通过示波器观察到心电信号波形。

（3）对采样心电信号进行数字信号处理，优化心电波形质量。

（4）实现串口通信功能，实时上传心电波形数据，可以在串口调试助手上观察到采
样数据。

2.发挥部分
（1）在显示屏上实时显示心电波形。

（2）提取心率，并实时更新显示。

（3）采用蓝牙通信与手机建立连接，开发简易APP，显示心电信号及心率参数。

三、说明
1.模拟电路设计方案可自由发挥，不限于本文档提供的方案。

2.对于检测到心电波形的质量不做过多要求。

四、评分标准
项目主要内容分数
设计报告
系统方案
比较与选择
方案描述
2
理论分析与程
序框图
各项功能与单片机接口设计
主体程序框图
8
电路与程序设
计
电路设计
主程序内容
4
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
4
设计报告结构
与规范性
摘要
设计报告正文的结构
图表规范性
2
总分20
基本要求完成（1）10 完成（2）10 完成（3）10 完成（4）10 总计40
发挥部分完成（1）10 完成（2）10 完成（3）20 总计40
H.基于Proteus平台的温度自动控制系统设计
一、任务
在Proteus平台中设计一套温度自动控制系统，温度控制范围20-100℃，并能通过相
应的具体设计要求如下。

二、要求
1．基本要求
（1）系统能够实现温度的实时检测和显示（液晶显示模块）；
（2）系统可以实现温度控制值的在线设定（20℃-100℃）；
（3）设定温度控制值后，要求温度能在100S内达到温度设定值，温度控制误差≤5℃；
（4）系统可以在线设定温度报警的上下限值。

2．发挥部分
（1）当温度高于温度上限值时，通过红色LED进行指示，当温度低于温度下限值时，
通过蓝色LED进行指示，并有声音提示，温度不越限时，通过绿色LED进行指示；
（2）可以利用模拟图表绘制温度调整曲线，并分析控制精度。

（3）进一步优化控制算法，要求温度能在50S内达到设定值，温度控制误差≤2℃。

三、说明
最终成品中需要完整的程序流程图和PID参数整定说明。

四、评分标准
设计报告
项目主要内容满分方案论证比较与选择，方案描述 2 理论分析与程序框图各项功能与单片机接口设计和主程序框图8 电路与程序设计
电路设计
主程序内容
4 测试方案与测试结果
测试方案与测试条件
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，设计报告正文结构，图表规范性 2
总分20
基本要求完成（1） 5 完成（2）10 完成（3）15 完成（4）10 总分40
发挥要求完成（1）10 完成（2）10 完成（3）20 总分40。