电加热炉温度自动控制系统

电加热炉温度自动控制系统
一、任务
设计并制作一个温度自动控制系统，控制电加热炉的温度在某一温度范围。

系统的示意图如图1所示。

电加热炉顶部置入深度不一的两温度传感器，用于检测加热炉内的温度，炉内温度取其平均值；单片机通过键盘对加热炉的温度进行设定。

根据炉内温度与设定温度值的差别程度，有不同的提示信号。

炉内的温度和当前设定温度通过显示设备实时显示。

图1 温度自动控制系统示意图
二、要求
⒈基本要求
（1）温度可调节范围为60℃～200℃，最小设定分度为1℃。

（2）温度显示功能，分辨率为0.1℃。

（3）当温度达到某一设定值并稳定后，炉内温度的波动控制在±2℃以内。

要求温度调控未达到和达到稳定状态，均给出声或光提示信号。

（4）当设定的调节温差为15℃时, 要求达到稳定状态的调节时间小于等于2分钟，稳定状态下的温度波动在±2℃以内。

⒉发挥部分
（1）当温度达到某一设定值并稳定后，、炉内温度的波动控制在±1℃以内。

（2）当设定的调节温差为15℃时, 尽量减少达到稳定状态的调节时间，并要求超调量不超过3℃，稳定状态下的温度波动在±1℃以内。

（3）能记录并实时显示温度调节过程的曲线, 显示的误差绝对值小于2℃。

（4）其他。

三、说明
（1）炉内温度检测采用具有温度测量功能的数字万用表（测评时自带）。

（2）当温度达到稳定状态的提示信号出现后立即检测调控的温度值，每次
检测时间延续60s，以记录温度波动的最大值。

（3）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。

（C3）智能窗系统
一、任务
对下雨等情况进行自我监测，并自动控制窗户关闭。

当室内烟雾、可燃性气体超过指标时可自动开启窗户，通风换气。

二、要求
⒈基本要求
1）防盗报警功能
如果有人要强行从窗户进入室内，智能窗便会用喇叭播放“捉贼啦，在*单元*号”，连续播放5分钟。

2）防毒报警功能
室内的煤气、天然气等可燃气体或烟雾的浓度超标时，智能窗便会报警，并开启窗户，启动排风扇，让有毒气体散发到室外，可有效防止中毒或火灾事故的发生，确保室内空气清新，身体不受伤害。

3）防雨功能
下雨了，窗户会自动关闭。

不让雨水淋到屋里来。

⒉发挥部分
（1）窗的设计可以任意发挥，但是提倡简洁、成本低。

（2）关于其他功能的设计。

三、说明
（1）采用的传感器尽量稳定和廉价。

类型不限定。

（2）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。

（C4）钻孔定位仪设计
在室内安装施工中，有时需要从墙壁的一侧向不可直接看见的另一侧钻通孔，需要预先确定通孔的进口和出口的位置。

钻孔定位仪是一种电子仪器，由发射和接收两个部分组成。

将发射部分放在墙壁另一侧选好的位置上，在墙壁的一侧通过移动接收部分找到对应位置，并发出成功信号。

当偏离对应位置时接收部分还可在一定范围指示偏离方向。

一、任务：
设计并制作一个简易钻孔定位仪。

{设计钻孔定位仪的方案很多，这里仅举一例。

如图所示发射部分为一线圈，线圈的中心就是需要打孔的位置。

在墙壁的另一面摆放数只接收线圈（例如用4只线圈组成的一个方阵，方阵的位置可以手动移动），通过这几个线圈所接收到的信号，判断发射线圈的中心位置。

}
二、要求：
墙壁用两层木工板（或其他非金属板材）代替，两层板之间的距离可以调整，中间可插入钢筋（直径约1cm）。

1．基本要求
（1）功能：分别在墙厚D为10cm、20cm和30cm三种情况下寻找对应中心位置(误差< 15cm)，确定后发出显示信号。

寻找过程中有偏离方向指示；
（2）精度（墙厚20cm条件下测量）：计算所测出的中心位置与发射部分确定的中心位置之间的偏离，根据偏离的大小判断作品的精度。

最高要求：偏离小于1cm。

2．发挥部分
（1）能发现墙中有钢筋，并能在对准钢筋的位置时发出警告（因此处不可打孔）；
（2）粗略测出墙厚度（10～30cm范围内，内部无钢筋），根据误差大小评定作品的该项成绩。

最高要求：误差小于1cm。

（C5）单相工频交流电参数测量仪设计
一、任务
设计制作一台电子式电参数测量仪，该电参数测量仪能测量电压、电流、有功功率、功率因数、电量、频率等电参量。

二、要求
1．基本要求
（1）电压测量值取3位整数；
（2）电流测量范围为0~10A，保留2位小数；
（3）有功功率只取整数，功率因数和电量取2位小数，频率取1位小数；
（4）电压、电流、电量允许误差2％；
（5）上述各参数能实时显示；
（6）设计参数测量仪所用的电源。

2．发挥部分
（1）各参数允许误差0.5％；
（2）测量交流输入电压频率。

测量范围：45～55Hz；误差：±0.001 Hz。

；
（3）可设置大负载断电报警功能，大负载报警电流可任意设置；
（4）可实现预购置电能功能，当有剩余电量为10 kwh时，测量仪将断电工作10秒以示报警；
（5）可实现分时计量电量功能，时段不少于8段；
（6）测量电压和电流的各次谐波含量。

（以N次电压谐波含有率为例，N 次谐波含有率为N次谐波电压的方均根值与基波电压的方均根值之比，电流谐波含有率计算方法同电压谐波含有率。

测量至9次谐波，采用列表和百分数形式显示，分辨率1%。

）
四、说明
1．调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号；再经移相输出代表同一路的电流信号，移相网络自制。

也可采用双路信号发生器直接产生两路信号一路代表电压输入信号，另一路代表电流输入信号。

2．检查交流电压、交流电流有效值测量功能时，可采用函数发生器输出的对称方波信号。

电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号，测试结果应与理论值进行比较分析。

3．本题目不得采用电能计量专用芯片实现。

（C6）基于DSP的实验系统
一、任务
设计并制作一套用于DSP芯片开发的实验系统，芯片型号为：TMS320LF2407。

二、要求
1．基本要求
（1）控制板整体设计要求合理；
（2）管脚引出点间距符合万用板标准，方便外扩电路；
（3）常用管脚需全部引出；
（4）有必要的指示电路；
（5）能进行基本的测试实验，如流水灯实验，PWM逆变控制实验等。

2．发挥部分
（1）设计并制作一个DSP_XDS510仿真器，仿真器设计要求合理；
（2）能完成仿真器的基本功能；
（3）其它（可靠性等）。

三、说明
1．+5V可使用实验室可调电源，不需自制；
2．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；3．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。

（C7）基于ARM的煤矿瓦斯涌出量检测仪
一、设计任务
设计并制作一个基于ARM的瓦斯涌出量检测仪
二、设计要求
1、基本要求
（1）可以检测煤矿瓦斯浓度及矿井湿度
（2）记录检测时间
（1）实现瓦斯浓度超限报警
2.、发挥部分
（1）液晶显示测量的瓦斯浓度
（2）将采集的数据回送地面控制室
（3）良好的人机界面
三、说明
1、控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。

2、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。

3、模拟实验环境时将装置放进充有煤气等可燃气体的密闭容器中，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、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

钻孔定位仪
在室内安装施工中，有时需要从墙壁的一侧向不可直接看见的另一侧钻通孔，需要预先确定通孔的进口和出口的位置。

钻孔定位仪是一种电子仪器，由发射和接收两个部分组成。

将发射部分放在墙壁另一侧选好的位置上，在墙壁的一侧通过移动接收部分找到对应位置，并发出成功信号。

当偏离对应位置时接收部分还可在一定范围指示偏离方向。

一、任务
设计并制作一个简易钻孔定位仪
设计钻孔定位仪的方案很多，这里仅举一例。

如图所示：
发射部分为一线圈，线圈的中心就是需要打孔的位置。

在墙壁的另一面摆放数只接收线圈（例如用4只线圈组成的一个方阵，方阵的位置可以手动移动），通过这几个线圈所接收到的信号，判断发射线圈的中心位置。

二、要求
墙壁用两层木工板（或其他非金属板材）代替，两层板之间的距离可以调整，中间可插入钢筋（直径约1cm），
1．基本要求
（1）功能分别在墙厚D为10cm、20cm和30cm三种情况下寻找对应中心位置(误差< 15cm)，确定后发出显示信号；
寻找过程中有偏离方向指示；
（2）精度（墙厚20cm条件下测量）
计算所测出的中心位置与发射部分确定的中心位置之间的偏离，根据偏离的大小判断作品的精度。

最高要求：偏离小于1cm。

2．发挥部分
（1）能发现墙中有钢筋，并能在对准钢筋的位置时发出警告（因此处不可打孔）；
（2）粗略测出墙厚度（10～30cm范围内，内部无钢筋），根据误差大小评定作品的该项成绩。

最高要求：误差小于1cm。

金属自动探测器
人们常常需要检测某一区域内是否藏有金属物体，例如某一地面下埋设的地雷，某一墙面内藏有的钢筋、电线等。

一、任务设计制作一个金属自动探测器（模拟探雷系统）。

在图示面积大于1.6х2m的白纸或其他较薄的非金属板材的背面放置了若干个“地雷”（边长为4cm的正方形铁片，厚度约1mm），请设计一个自动探测器，将这些铁片的数量及所在位置检测出来。

为检测方便，在白纸上用宽度为1cm的黑色线条画有棋盘方格坐标（最外框线条宽2cm），方格的宽度为20cm，铁片放在坐标线的交点或每个小方格的中心，这样，每个铁片的位置皆对应于一个确定的坐标，例如下图中两个铁片的坐标分别为（5，6）和（3.5，6.5）。

要求
1．基本部分
（1）该自动系统运行后能自动作地毯式搜索，搜索方式不限；
（2）当检测到金属片时应用声或光发出警报信号，发出警报的位置应力求准确；
2．发挥部分
（1）在搜索过程中实时显示搜索器所在位置的坐标；
（2）能在LCD显示屏上记录所检测到的铁片的个数及每个铁片中心位置的坐标。

注：如从不同搜索路径多次检测到同一目标，记录时应作
为一个目标处理。

本科组C题智能体温计
智能体温计用于精确测量人体温度，并可将所测数据通过点阵式LCD屏记录与显示，以确定人体在某个阶段的体温曲线。

前端部分
⒈基本要求:
⑴系统前端部分归一化输出，即0 ～＋50℃线性对应0 ～ 5 V；
⑵系统前端部分应具有输出保护电路，使其输出电压不超过5V；
⑶ 系统每秒采集一次温度，经滤波、计算等处理后实时显示温度值，测量精度为±0.1℃； ⑷ 系统每分钟用语音报告一次所测温度当前值；
⑸ 系统可在0～50℃的范围内任意设预警温度值（默认值设定为37.0℃），当所测温度超过预警温度值时，系统立即报警，预警值的设定应可随时更改。

调试方法——以水温代替人的体温，用一根水银温度计与所制作的体温计探头（捆绑）同时接触被测热水的同一点。

被测热水存放于一只容器中，另备一只热水壶与一只冰水壶（保温壶内放适量冰块），以便用添加热水或添加冷水的方法随时改变被测水温。

⒉ 发挥部分:
⑴ 记录测试结果并在点阵式LCD 屏上显示2分钟内的温度变化曲线；
⑵ 非接触式测量。

（测量精度为±0.2℃）；
数字电压表
一、任务 设计一个数字电压表（着重单片机和显示技术应用）
参考设计方案如下。

水银温
一、要求：
（1）基本部分
1，输入直流电压（允许叠加频率为0~100Hz的交流信号）信号的最大幅度范围为0 ~ ±20V，
2．分辨率为3位半（即最大显示读数为±19.99V）；
3．要求量程能自动转换，即根据测量结果，自动决定小数点位置；4．能通过键盘或开关选择测量电压的平均值和峰值，并用LED显示测量的种类；
5．采用LED数码管显示（可以选用专用的LED显示模块或用多只LED数码管组成），显示信息包括测量的信号种类（平均值、峰值等）、电压极性和数值大小；
6．测量误差不大于1mv。

（2）发挥部分：
1．计算并显示信号的有效值；
2．采用点阵式LCD屏作为显示器，可以在屏上显示模拟信号的波动曲线，同时用文字和数字显示平均值，峰值，有效值。