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。