A題 單相交流電子負載

一、任務(wù)
設(shè)計并制作如圖所示的單相交流電子負載，其中負載特性模擬單元可模擬電阻性、電感性、電容性負載，能量回饋單元能將盡可能多的能量以50Hz交流電回饋。

二、要求
（1）模擬電阻性負載，電子負載輸入為U1=30V， I1=2A。（15分）
（2）模擬電感性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，輸入側(cè)功率因數(shù)cosφ1能根據(jù)數(shù)字設(shè)定在0.50～1.00范圍內(nèi)自動調(diào)整。（25分）
（3）模擬電容性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，輸入側(cè)功率因數(shù)cosφ1能根據(jù)數(shù)字設(shè)定在0.50～1.00范圍內(nèi)自動調(diào)整。（25分）
（4）模擬電阻性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，測電子負載的輸入功率P1和回饋功率P2，ΔP= P1- P2，要求ΔP越小越好。（25分）
（5）其他。（10分）
（6）設(shè)計報告。（20分）

三、說明
（1）為簡化題目、方便測試，電子負載回饋的能量由電阻性負載消耗。
（2）圖中的交流電源為50Hz正弦波交流電，其形式不限，但應(yīng)做好隔離等措施，確保電氣安全。
（3）為方便測試要求（4），交流電子負載僅由圖中的交流電源供電。
（4）題中所有交流參數(shù)均為有效值。
（5）電子負載的輸入功率P1= U1I1cosφ1、輸出功率P2= U2I2cosφ2，其中cosφ1為電子負載輸入側(cè)的功率因數(shù)，cosφ2為電子負載回饋側(cè)的功率因數(shù)。
（6）電路制作時應(yīng)考慮測試方便，合理設(shè)置測試點。

B題 送貨無人機

一、任務(wù)
設(shè)計一基于多旋翼飛行器的送貨無人機，能夠根據(jù)不同的要求，向指定的目標地點運送貨物。根據(jù)作業(yè)區(qū)域示意圖，有起飛降落點和多個具有不同特征的目標地點。
送貨無人機上需安裝一可升降吊艙，吊艙重量50±5g，升降范圍60±10cm；起飛、飛行過程中，吊艙緊貼無人機機腹；到達目標地點上方，無人機下降懸停，并將吊艙降至距離地面一定高度，送貨操作完成后恢復到巡航高度飛行。無人機上需安裝揚聲器，可播放語音提示信息；無人機安裝垂直向下的激光筆，用以標識航跡。

二、要求
1. 無人機可按照現(xiàn)場設(shè)置的目標位置信息，對2個指定位置的目標地點完成送貨作業(yè)。目標地點位置信息坐標可用無人機上攜帶的鍵盤設(shè)置。
（1）無人機在“十”字起降點垂直起飛，升空至150±10cm的巡航高度；（5分）
（2）根據(jù)現(xiàn)場設(shè)置的送貨目標，先后依次飛行抵達目標地點上方，無人機降低飛行高度到80±10cm；（16分）
（3）無人機放出吊艙，吊艙降至距地面20±5cm高度，并保持穩(wěn)定懸停5秒，完成送貨作業(yè)，期間播放提醒目標點收貨的語音；懸停期間，標識無人機位置的激光筆光斑落在以目標中心為圓心、半徑15cm的圓內(nèi)；（20分）
（4）作業(yè)完成后飛行到起降點穩(wěn)定準確降落，無人機幾何中心點與起降點中心距離偏差不大于±10cm；（4分）
（5）送貨過程必須要在180秒內(nèi)完成，用時越少越好。（5分）
2. 無人機在作業(yè)區(qū)外學習識別某一種指定目標特征（顏色、形狀），然后尋找具有此特征的兩個目標地點，完成送貨作業(yè)。
（1）無人機從起降點起飛到150cm巡航高度，先后尋找2個上述已識別的目標，飛行抵達目標地點上方，降低飛行高度到80±10cm左右；（20分）
（2）放出下降吊艙至距地面20±5cm左右高度，穩(wěn)定保持懸停5秒完成送貨作業(yè)，期間播放提醒目標點收貨的語音；送貨期間，標識無人機位置的激光筆光斑落在以目標中心為圓心、半徑15cm的圓內(nèi)；送貨完成即恢復巡航高度；(10分)
（3）送貨作業(yè)完成后無人機降落到起降點；送貨過程用時越少越好，需在270秒內(nèi)完成；（5分）
3. 無人機找到放置在A附近區(qū)域的紅色圓框，并從圓框中穿越而過。（10分）
4. 其他自主發(fā)揮。（5分）
5. 設(shè)計報告 （20分）

三、 說明
1. 送貨作業(yè)現(xiàn)場說明
（1）參賽隊在賽區(qū)提供的場地測試，不得擅自改變測試環(huán)境條件。
（2）送貨作業(yè)區(qū)域鋪設(shè)亞光噴繪布為淡灰色（R-240、G-240、B-240），目標地點的形狀有三種（圓、正方形、三角形，最大邊長或直徑為25cm），顏色有紅、藍兩種（紅R-255、G-0、B-0，藍R-0、G-0、B-255）；作業(yè)區(qū)上、右兩側(cè)有1.8cm寬黑色標志線；應(yīng)考慮到材料及顏料導致顏色存在差異的可能性。
（3）測評將現(xiàn)場準備要求的6種送貨目標的特征樣板，如“紅色三角形”、“藍色正方形”等，以備給無人機識別。
（4）送貨目標中的數(shù)字并非給無人機識別用，僅為了描述、記錄方便，顏色與目標底色相近。
（5）作業(yè)區(qū)域中標志“A”所在附近區(qū)域可放置供無人機穿越的圓框，圓框可采用外徑約110cm的紅色呼啦圈，呼啦圈固定在地面支架上，圓心高度約150cm，支架為黑色。
（6）400cm×500cm作業(yè)區(qū)四周及頂部設(shè)置安全網(wǎng)，安全網(wǎng)支架在安全網(wǎng)外。
（7）測試現(xiàn)場避免陽光直射，但不排除頂部照明燈及窗外環(huán)境光照射，參賽隊應(yīng)考慮到測試現(xiàn)場會受到外界光照或室內(nèi)照明不均等影響因素；測試時不得提出光照條件要求。

2. 飛行器要求
（1）參賽隊使用無人機時應(yīng)遵守中國民用航空局的相關(guān)管理規(guī)定。
（2）無人機最大軸間距不大于45cm。
（3）無人機槳葉必須全防護，否則不得測試。
（4）無人機上的激光筆垂直向下安裝，不得移動、轉(zhuǎn)動。
（5）起飛前，無人機可手動放置到起降點；可手動一鍵啟動后起飛，起飛后整個飛行過程中不得人為干預；若采用無人機以外的啟動或急停操作裝置，一鍵啟動起飛操作后必須立刻將裝置交給工作人員。
（6）調(diào)試及測試時必須佩戴防護眼鏡，穿戴防護手套。

3. 測試要求與說明
（1）吊艙可用軟線懸吊50g砝碼來模仿。
（2）提醒目標點收貨的語音可自行設(shè)定，時長1~3秒。
（3）要求1送貨前，可連續(xù)輸入兩個目標地點的位置信息；如，若以起降點為原點，編號11號目標的位置可為（200，275）；目標的位置信息格式可自己定義。
（4）在要求2送貨前，將現(xiàn)場指定形狀及顏色的樣板（如“紅色三角形”），在場外手持給無人機學習識別將要送貨的目標特征。
（5）要求1的送貨過程必須在180秒內(nèi)完成，超時不得分。
（6）要求2的送貨過程必須在270秒內(nèi)完成，超時不得分。
（7）要求1的（1）~（4）必須連續(xù)完成，期間不得人為干預；要求2的（1）~（3）必須連續(xù)完成，期間不得人為干預。
（8）每次測試全過程中不得更換電池；兩次測試之間允許更換電池，更換電池時間不大于2分鐘。
（9）飛行期間，無人機觸及地面后自行恢復飛行的，扣5分；觸地后5秒內(nèi)不能自行恢復飛行視為失敗，失敗前完成動作仍計分。
（10）平穩(wěn)降落是指在降落過程中無明顯的跌落、彈跳及著地后滑行等情況出現(xiàn)。

C題 小車跟隨行駛系統(tǒng)

一、任務(wù)
設(shè)計一套小車跟隨行駛系統(tǒng)，采用TI的MCU，由一輛領(lǐng)頭小車和一輛跟隨小車組成，要求小車具有循跡功能，且速度在0.3 ~ 1m/s可調(diào)，能在指定路徑上完成行駛操作，行駛場地的路徑如圖1 所示。其中，路徑上的A點為領(lǐng)頭小車每次行駛的起始點和終點。當小車完成一次行駛到達終點，領(lǐng)頭小車和跟隨小車要發(fā)出聲音提示。領(lǐng)頭小車和跟隨小車既可以沿著ABFDE圓角矩形（ 簡稱為內(nèi)圈 ）路徑行駛，也可以沿著ABCDE的圓角矩形（ 簡稱為外圈 ）路徑行駛。當行駛在內(nèi)圈BFD段時，小車要發(fā)出燈光指示。此外，在測試過程中，可以在路徑上E點所在邊的直線區(qū)域，由測試專家指定位置放上“等停指示”標識，指示領(lǐng)頭小車在此處須停車，等待5秒后再繼續(xù)行駛。

二、要求
1. 將領(lǐng)頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，設(shè)定領(lǐng)頭小車速度為0.3m/s，沿著外圈路徑行駛一圈停止，要求：（20分）
(1) 領(lǐng)頭小車的平均速度誤差不大于10%；
(2) 跟隨小車能跟隨領(lǐng)頭小車行駛，全程不能發(fā)生小車碰撞；
(3) 完成一圈行駛后領(lǐng)頭小車到達A點處停車，跟隨小車應(yīng)及時停止，停止時間差不超過1s，且與領(lǐng)頭小車的間距為20cm，誤差不大于6cm。
2. 將領(lǐng)頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，領(lǐng)頭小車和跟隨小車連續(xù)完成三圈路徑的行駛。第一圈領(lǐng)頭小車和跟隨小車都沿著外圈路徑行駛。第二圈領(lǐng)頭小車沿著外圈路徑行駛，跟隨小車沿著內(nèi)圈路徑行駛，實現(xiàn)超車領(lǐng)跑。第三圈跟隨小車沿著外圈路徑行駛，領(lǐng)頭小車沿著內(nèi)圈路徑行駛，實現(xiàn)反超和再次領(lǐng)跑。要求：（30分）
(1) 全程兩個小車行駛平穩(wěn)，順利完成兩次超車，且不能發(fā)生小車碰撞；
(2) 完成三圈行駛后領(lǐng)頭小車到達A點停止，跟隨小車應(yīng)及時停止，兩車停止的時間差不超過1s，且與領(lǐng)頭小車的間距為20cm，誤差不大于6cm；
(3) 小車行駛速度可自主設(shè)定，但不得低于0.3m/s，且完成所規(guī)定的三圈軌跡行駛所需時間越短越好。
3. 由測試專家在路徑的E點所在邊的直線區(qū)域指定位置，放上“等停指示”標識。然后，將領(lǐng)頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，設(shè)定領(lǐng)頭小車速度為1m/s，沿著外圈路徑行駛一圈，行駛中兩小車不得發(fā)生碰闖。要求：（20分）
(1) 領(lǐng)頭小車的平均速度誤差不大于10%；
(2) 領(lǐng)頭小車達到“等停指示”點停車，停車位置準確，誤差不大于5cm；
(3) 在“等停指示”處停車時間為5s，誤差不超過1s。
4. 其他。（10分）
5. 設(shè)計報告。（20分）

三、說明
1. 作品中的小車中尺寸不大于15cm（寬）* 25cm（長）。小車尺寸包括小車本體、以及小車所安裝的傳感器等總體的尺寸大小。
2. 行駛場地上鋪設(shè)白紙，行駛路徑用1cm寬的黑色引導線來標志，可以印刷或打印在白紙上，也可以用黑色膠帶紙直接粘貼在白紙上。軌跡上的起始點A，用垂直貼在路徑引導線的黑色標志線來標記，標志線為2cm寬、5cm長。“等停指示”用間隔5cm的兩條2cm寬、10cm長的黑色平行標志線來標記，可以事先在一張小的紙片上打印好，測試時對接粘貼在行駛路徑的引導線上即可。除題目要求的標記之外，行駛場地上不得有其他任何指示標記。
3. 跟隨小車的行駛完全由領(lǐng)頭小車指揮控制，領(lǐng)頭小車上有啟動按鍵和設(shè)置按鍵，而跟隨小車只有一個上電開關(guān)，不得有其他啟動和操作按鍵。每一次行駛發(fā)車時，領(lǐng)頭小車和跟隨小車按照題目要求擺放在行駛路徑的指定位置，跟隨小車上電，處于等待接收領(lǐng)頭小車指令的狀態(tài)。領(lǐng)頭小車一鍵啟動行駛，直到整個行駛過程結(jié)束。
4. 在兩個小車跟隨行駛過程中，除了兩個小車間的相互通信外，不得有車外遙控和其他通信指令輔助。
5. 在本題目要求4中，領(lǐng)頭小車遇到“等停指示”需立即停車，停車后車身應(yīng)在“等停指示”第二條橫線以內(nèi)，車頭超出第二條橫線的距離為停車位置誤差。
6. 為了便于測試，允許在制作行駛場地時，在路徑的E點和A點的旁邊畫上刻度尺。

D題 混沌信號產(chǎn)生實驗裝置

一、任務(wù)
使用電阻、電容、電感和運算放大器設(shè)計一個能生成穩(wěn)定周期信號和混沌信號的信號產(chǎn)生實驗裝置，裝置采用單電源供電?？梢酝ㄟ^編程設(shè)置或開關(guān)選擇，產(chǎn)生多種穩(wěn)定周期信號、單渦旋混沌信號和雙渦旋混沌信號。實驗裝置使用雙蹤示波器對所產(chǎn)生信號進行相圖顯示，接入示波器進行相圖顯示時，不得影響信號產(chǎn)生電路的工作狀態(tài)。

二、要求
1. 通過編程設(shè)置或開關(guān)選擇，控制實驗裝置產(chǎn)生穩(wěn)定周期信號和混沌信號，依次生成下列相圖信號，并在示波器上穩(wěn)定顯示。（34分）
(1) 單倍周期的穩(wěn)定周期相圖；
(2) 雙倍周期的穩(wěn)定周期相圖；
(3) 三倍周期的穩(wěn)定周期相圖；
(4)單渦旋混沌信號相圖，要求幅度不小于電源電壓VCC的80%；
(5)雙渦旋混沌信號相圖，要求幅度不小于電源電壓VCC的80%；
2. 提高實驗裝置所產(chǎn)生的雙渦旋混沌信號的信號帶寬，要求所產(chǎn)生的雙渦旋混沌信號的帶寬不少于40MHz。（30分）
3. 改進實驗裝置的電路設(shè)計，要求在不使用電感的情況下，即僅使用電阻、電容和運算放大器，實現(xiàn)要求1和2的功能。（20分）
4. 進一步優(yōu)化要求3所設(shè)計的實驗裝置電路，盡量減少運算放大器的個數(shù)。要求所使用的運算放大器的總數(shù)不超過6個。（10分）
5. 其他。（6分）
6. 設(shè)計報告。（20分）

三、說明
1. 混沌現(xiàn)象是指發(fā)生在確定性系統(tǒng)中的貌似隨機的不規(guī)則運動。一個確定性理論描述的系統(tǒng)，其行為卻表現(xiàn)為不確定性——不可重復、不可預測，稱為混沌現(xiàn)象。系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象可以用非線性系統(tǒng)的動態(tài)方程來描述，并使用電阻、電容、電感和運算放大器等器件構(gòu)成相應(yīng)的電路來進行具體實現(xiàn)，這種電路稱為混沌信號產(chǎn)生電路。典型的混沌信號產(chǎn)生電路包括蔡氏電路Chua's circuit、范德坡電路Vanderbilt circuit、考比茲電路Colpitts circuit等。本裝置不得接入外部激勵信號。
2. 本實驗裝置設(shè)計的要求3中只允許使用電阻、電容和運算放大器來進行設(shè)計，不使用電感。如果選擇的設(shè)計方案需要使用電感，可以通過運算放大器實現(xiàn)的有源電感來代替，或者用回轉(zhuǎn)器實現(xiàn)。
3. 不同于對一般信號的觀測方法，在使用示波器觀測混沌電路所產(chǎn)生的信號時，一般采用X-Y方式。即通過觀察電路中兩個信號之間的變化關(guān)系，也就是消去兩個信號的時間變量所得到的信號間空間曲線，稱為相圖。
4. 混沌信號產(chǎn)生電路對電路參數(shù)極為敏感，在設(shè)計制作實驗裝置電路時，要對電路參數(shù)進行仔細調(diào)試，以確保電路工作狀態(tài)準確和穩(wěn)定。在對實驗裝置進行性能測試時，可以通過編程設(shè)置或開關(guān)選擇來切換輸出不同種類信號，但是在測試過程中，不能對電路中元器件參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

E題 聲源定位跟蹤系統(tǒng)

一、任務(wù)
設(shè)計制作一個聲源定位跟蹤系統(tǒng)，能夠?qū)崟r顯示及指示聲源的位置，當聲源移動時能夠用激光筆動態(tài)跟蹤聲源。

二、要求
1．設(shè)計并制作聲音發(fā)生裝置——“聲源”，裝置能獨立工作，聲音音量手動可調(diào)，裝置最大邊長或直徑不超過10cm，裝置可用支架安裝，并可在地面移動；聲源中心點B用紅色或其他醒目顏色標識，并在B點所在的平面以B點為圓心，直徑為5cm畫圓圈，用醒目線條標識，該平面面向檢測指示裝置。（4分）
2．設(shè)計并制作一個聲源定位檢測裝置，傳感器安裝在 C區(qū)范圍內(nèi)，高度不超過1m，系統(tǒng)采用的拾音器或麥克風傳感器數(shù)量不超過10個；在裝置上標記測試參考點A，作為位置坐標的原點；裝置上有顯示電路，實時顯示D區(qū)域內(nèi)聲源的位置，顯示A、B兩點直線距離γ和以A點為原點，AB在地面的投影與圖1中心線的夾角θ，測量時間不超過5s，距離γ和角度θ的測值誤差越小越好。（36分）
3．設(shè)計并制作一個聲源指示控制裝置，此裝置和上述聲源定位檢測裝置可以合為一體。也放置在圖1的 C區(qū)，安裝有激光筆和二維電動云臺，能控制激光筆指向聲源，定位計算過程中時，激光筆關(guān)閉，定位運算完成時激光筆開啟。定位指示聲源時，動作反應(yīng)時間不超過10s，光點與B點偏差越小越好。（30分）
4．聲源移動動態(tài)追蹤：當聲源擺放在地面，用細繩牽引，以0.2m/s左右的速度在D區(qū)移動時，激光筆光點指向B點，光點與B點偏差越小好，跟蹤反應(yīng)時間越短越好。（20分）
5．其他（10分）
6．設(shè)計報告（20分）

三、說明
1．聲源可以發(fā)出自定的規(guī)則聲音，如滴、滴、滴的蜂鳴器聲音等，音量以不造成嚴重噪聲污染為宜，并注意避免周圍噪聲的影響。
2．聲源可使用符合尺寸要求的微型有源音箱，播放事先錄制的聲音。
3．聲源定位跟蹤系統(tǒng)最大尺寸水平高度控制在離地面100cm以下，聲源放置在D區(qū)不高于50cm。
4．測試要求：要求2、3測試時，先按啟動按鈕，再放置音源；或先放置音源，但聲源和指示裝置明顯不在一個方向上，一鍵啟動；一個點測完后，移動聲源，測量下一個點，期間無人工干預裝置；要求4測試時，一鍵啟動后移動聲源，期間亦無人工干預接觸裝置，直至該項測試結(jié)束。
5．距離和角度顯示穩(wěn)定，如出現(xiàn)不穩(wěn)定，以跳動中出現(xiàn)的偏離最大的數(shù)字作為結(jié)果。

F題 信號調(diào)制度測量裝置

一、任務(wù)
設(shè)計制作信號調(diào)制度測量裝置，該裝置測量并顯示信號源輸出的被測信號調(diào)制度等參數(shù)，識別并顯示被測信號的調(diào)制方式，輸出解調(diào)信號。

二、要求
(1)被測信號為電壓峰峰值100mV的普通單音調(diào)幅(AM)電壓uAM，其載頻為10MHz、調(diào)制信號為頻率1~3kHz的正弦信號。測量并顯示uAM的調(diào)幅度ma，要求測量誤差絕對值|Δ|<0.1;輸出解調(diào)信號，要求解調(diào)信號波形無明顯失真。 (20分)
(2)被測信號為電壓峰峰值100mV的單音調(diào)頻(FM)電壓uFM其載頻為10MHz、調(diào)制信號為頻率3~5kHz的正弦信號。測量并顯示uFM的調(diào)頻度mf，測量誤差絕對值|Δ|≤0.3;測量并顯示uFM的最大頻偏Δfm(kHz);輸出解調(diào)信號，要求解調(diào)信號波形無明顯失真。(25分)
(3)被測信號為載波電壓峰峰值100mV的高頻電壓um，其載頻范圍為10MHz~30MHz(頻率步進間隔0.5MHz)。若um為已調(diào)波(AM或FM波)時，其調(diào)制信號為頻率范5kHz~10kHz(頻率步進間隔1kHz)內(nèi)某一頻率的正弦信號。測量裝置應(yīng)能自主識別um的調(diào)制方式，即能判斷出um為調(diào)幅、調(diào)頻或未調(diào)載波。測量并顯示um的調(diào)制度(ma或mf)，測量誤差要求分別同前面第(1)、(2)項的要求;當被測信號為調(diào)頻波時，要求測量并顯示其最大頻偏Δfm(kHz);輸出解調(diào)信號，要求解調(diào)信號波形無明顯失真。(45分)
(4)其他(10分)
(5)設(shè)計報告(20分)

三、說明
（1）題中“普通單音調(diào)幅波”是指：載波為正弦波，調(diào)制信號為單頻正弦信號，其頻譜包括完整的載頻與上、下邊頻分量。題中“單音調(diào)頻波”是指：載波為正弦波，調(diào)制信號為單頻正弦信號。
(2)本題被測信號為AM信號時，其調(diào)幅度范圍是:0.2（3）如測量裝置需對被測信號進行A/D變換，應(yīng)借鑒適用于對高頻窄帶信號抽樣的“帶通抽樣定律”?！澳慰固爻闃佣伞币喾Q為“低通抽樣定律”，它適于對基帶信號的抽樣。
（4）測試時可自帶具有AM/FM調(diào)制信號輸出功能的信號源，并以自帶信號源輸出信號的參數(shù)設(shè)置值作為測量基準值。
（5）要求第（3）項的操作必須是一鍵啟動，裝置應(yīng)連續(xù)完成調(diào)制方式識別與調(diào)制度等參數(shù)的測量和顯示，測量過程中不得有人工介入。