双向 DC-DC 变换器（A 题）

一、任务

设计并制作用于电池储能装置的双向 DC-DC 变换器，实现电池的充放电功能，功能可由按键设定，亦可自动转换。系统结构如图 1 所示，图中除直流稳压电源外，其他器件均需自备。电池组由 5 节 18650 型、容量 2000~3000mAh 的锂离子电池串联组成。所用电阻阻值误差的绝对值不大于 5%。

二、要求

1．基本要求

接通 S1、S3，断开 S2，将装置设定为充电模式。

（1）U2=30V 条件下，实现对电池恒流充电。充电电流 I1 在 1~2A 范围内步进可调，步进值不大于 0.1A，电流控制精度不低于 5%。

（2）设定 I1=2A，调整直流稳压电源输出电压，使 U2 在 24~36V 范围内变化时，要求充电电流 I1 的变化率不大于 1%。

（3）设定 I1=2A，在 U2=30V 条件下，变换器的效率。

（4）测量并显示充电电流 I1，在 I1=1~2A 范围内测量精度不低于 2%。

（5）具有过充保护功能：设定 I1=2A，当 U1 超过阈值 U1th=24±0.5V 时，停止充电。

2．发挥部分

（1）断开 S1、接通 S2，将装置设定为放电模式，保持 U2=30±0.5V，此时变换器效率 。

（2）接通 S1、S2，断开 S3，调整直流稳压电源输出电压，使 Us 在 32~38V 范围内变化时，双向 DC-DC 电路能够自动转换工作模式并保持 U2=30±0.5V。

（3）在满足要求的前提下简化结构、减轻重量，使双向 DC-DC 变换器、测控电路与辅助电源三部分的总重量不大于 500g。

（4）其他。

三、说明

1． 要求采用带保护板的电池，使用前认真阅读所用电池的技术资料，学会估算电池的荷电状态，保证电池全过程的使用安全。

2．电池组不需封装在作品内，测试时自行携带至测试场地；测试前电池初始状态由参赛队员自定，测试过程中不允许更换电池。

2．基本要求（1）中的电流控制精度定义为，其中 I1 为实际电流、I10为设定值。

3.  基本要求（2） 电流变化率的计算方法：设 U2=36V 时，充电电流值为 I11； U2=30V 时，充电电流值为 I1；U2=24V 时，充电电流值为 I12，

4. DC-DC 变换器效率，。

5.  基本要求（5）的测试方法：在图 1 的 A、B 点之间串入滑线变阻器，使 U1 增加。

6．辅助电源需自制或自备，可由直流稳压电源（Us 处）或工频电源（220V）为其供电。

7．作品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。

8．制作时应合理设置测试点（参考图 1） ，以方便测试；为方便测重，应能较方便的将双向 DC-DC 变换器、测控电路与辅助电源三部分与其他部分分开。

9．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可用附件给出，在附件中提供作品较清晰的照片。.

风力摆控制系统（B 题）

一、任务

一长约 60cm~70cm 的细管上端用万向节固定在支架上，下方悬挂一组（2~4 只）直流风机，构成一风力摆，如图 1 所示。风力摆上安装一向下的激光笔，静止时，激光笔的下端距地面不超过 20cm。设计一测控系统，控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动，激光笔在地面画出要求的轨迹。

二、要求

1.  基本要求

（1） 从静止开始，15s 内控制风力摆做类似自由摆运动，使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于 50cm 的直线段，其线性度偏差不大于±2.5cm，并且具有较好的重复性；

（2） 从静止开始， 15s 内完成幅度可控的摆动，画出长度在 30~60cm 间可设置，长度偏差不大于±2.5cm 的直线段，并且具有较好的重复性；

（3） 可设定摆动方向，风力摆从静止开始，15s 内按照设置的方向（角度）摆动，画出不短于 20cm 的直线段；

（4） 将风力摆拉起一定角度（30°~45°）放开，5s 内使风力摆制动达到静

止状态。

2．发挥部分

（1） 以风力摆静止时激光笔的光点为圆心，驱动风力摆用激光笔在地面画圆，30s 内需重复 3 次；圆半径可在 15~35cm 范围内设置，激光笔画出的轨迹应落在指定半径±2.5cm 的圆环内；

（2） 在发挥部分（1）后继续作圆周运动，在距离风力摆 1~2m 距离内用一台 50~60W 台扇在水平方向吹向风力摆，台扇吹 5s 后停止，风力摆能够在 5s 内恢复发挥部分（1）规定的圆周运动，激光笔画出符合要求的轨迹；

（3） 其他。

三、说明

1.  任务中各项要求，均要考察完成时间及准确性。

2.  风力摆的制作方法建议：

方案 1： 如 2 图所示， 一组直流风机用细管或棒（如碳素纤维管、PVC 管等）通过万向节固定在一支架上；

方案 2： 用粗单股导线（减少自旋）将风力摆吊挂在支架上。

3.  参赛队可以自行选定一方向为 0°，以此为起始，顺时针依次为 90°、 180°、 270°

等，详见图 3，测试现场将提供此图。

4.  直流风机是驱动风力摆的唯一动力，不得以任何其它方式影响风力摆的运动；启动后，不得以任何形式人为影响风力摆运动。

5.  各项目中， 运动到达要求时需有明显声或光提示，以便开始测试及记录。

6.  发挥 部分施加干扰 的 方式 是在1~2m 的距离，用 50~60W 台扇在水平方向 吹 风力摆 ， 风速 在1.0~2.0m/s 范围内。

7.  风力摆在圆周运动时的旋转方向不限；测试时考察在 6 个均匀分布点上激光

轨迹是否落在圆环内，见图 3。

8.  各项要求中，长度均以厘米（cm）为单位，角度以 10°为最小单位。

9.  赛题中要求的各项动作完成时间越短越好，超过规定时间 1 倍时不计成绩。

多旋翼自主飞行器（C 题）

一、任务

设计并制作一架带航拍功能的多旋翼自主飞行器。飞行区域俯视图和立体图分别如图 1 和图 2 所示。

二、要求

1. 基本要求

（1） 多旋翼自主飞行器（下简称飞行器） 摆放在图 1 所示的 A 区， 开启航拍，一键式启动，飞行器起飞；飞向 B 区，在 B 区中心降落并停机；航拍数据记录于飞行器自带的存储卡中，飞行结束后可通过 PC 回放。 飞行高度不低于 30cm；飞行时间不大于 30s。

（2）飞行器摆放在图 1 所示的 A 区， 一键式启动，飞行器起飞；沿矩形 CDEF逆时针飞行一圈，在 A 区中心降落并停机；飞行高度不低于 30cm；飞行时间不大于 45s。

（3）制作一个简易电子示高装置，产生示高线 h1、h2 (如激光等)，h1、h2 位于同一垂直平面，飞行器触碰 h1、h2 线时该装置可产生声光报警。示高线 h1、h2 的高度在测试现场可以调整。调整范围为 30cm~120cm。

2. 发挥部分

（1）飞行器摆放在 A 区，飞行器下面摆放一小铁板 M1，一键式启动，飞行器拾取小铁板 M1 并起飞。飞行器携带小铁板 M1 从示高线 h1、 h2 间飞向B 区，并在空中将小铁板 M1 投放到 B 区中心；飞行器从示高线 h1、h2间飞回 A 区，在 A 区中心降落并停机。飞行时间不大于 30s。小铁板M1 形状不限，重量 20g、100g、200g 三挡自选，重量重得分高。h1、h2高度差小得分高。

（2）飞行器摆放在 A 区，小铁板 M2 摆放在 B 区任意位置；一键式启动，飞行器飞到 B 区寻找并拾取小铁板 M2，携带小铁板 M2 飞回 A 区，在 A区中心降落并停机。 飞行高度不低于 30cm； 飞行时间不大于 30s。 小铁板 M2 为边长 5cm 的正方形，重量不限。

（3）其他。

三、说明：

1．飞行器桨叶旋转速度高，有危险！请务必注意自己及他人的人身安全。

2．飞行器的飞行控制板可自行选择，数据处理及导航板必须使用组委会统一下发的 2015 全国大学生电子设计竞赛 RL78/G13 开发套件中 RL78/G13MCU 板（芯片型号 R5F100LEA） 。

3．飞行器可自制或外购，带防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定为：长度≤50cm，宽度≤50cm。飞行器机身必须标注参赛队号。

4．多旋翼指旋翼数量不少于两个。

5．飞行区域地面为白色；A 区、B 区形状大小相同，由直径 20cm 黑色实心圆和直径 75cm 的同心圆组成，同心圆虚线线宽小于 0.1cm；引导线宽度5cm，可用黑色胶带；场地四周设 30cm 等高线；飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。

6．简易电子示高装置不得与飞行器间有任何形式的通讯。

7．每项允许测试 2 次，每次测试全程不得更换电池。2 次测试之间允许更换电池，更换电池时间不超过 2 分钟。

8．飞行器不得遥控，飞行过程中不得人为干预。

9．飞行器降落和小铁板 M1 投放于 A 区和 B 区以外，酌情扣分。

10．飞行器飞行期间，触及地面后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地后 5s 内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成的动作仍计分。

11．飞行器起飞，距地面高度 30cm 以上视为飞离地面。

12．参赛队自备发挥部分所需小铁板 M1、M2，小铁板 M1 重量不得低于规定重量的 95%，M2 上不得附加任何其他装置，颜色不限。

13．一键式启动是指飞行器摆放在 A 区后，只允许按位于飞行器上的一个键启动。 如有飞行模式设置应在飞行器摆放在 A 区前完成，不得使用可编程设备进行设置。

14．为保证安全，可沿飞行区域四周架设安全网（长 500cm，宽 400cm，高200cm） ， 顶部无需架设。 若安全网采用排球网、羽毛球网时可由顶向下悬挂不必触地，不得影响视线。安装示意图如图 3 所示。

增益可控射频放大器（D 题）

一、任务

设计并制作一个增益可控射频放大器。

二、要求

1．基本要求

（1）放大器的电压增益 AV≥40dB，输入电压有效值 Vi≤20mV， 其输入阻抗、输出阻抗均为 50Ω，负载电阻 50Ω，且输出电压有效值 Vo≥2V，波形

无明显失真；

（2）在 75MHz～108MHz 频率范围内增益波动不大于 2dB；

（3） －3dB 的通频带不窄于 60MHz～130MHz， 即 fL≤60MHz、 fH≥130MHz；

（4）实现 AV 增益步进控制， 增益控制范围为 12dB～40dB， 增益控制步长为4dB，增益绝对误差不大于 2dB，并能显示设定的增益值。

2．发挥部分

（1）放大器的电压增益 AV≥52dB， 增益控制扩展至 52dB， 增益控制步长不变，输入电压有效值 Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为 50，负载电阻 50Ω．发挥部分

（1）放大器的电压增益 AV≥52dB， 增益控制扩展至 52dB， 增益控制步长不变，输入电压有效值 Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为 50，负载电阻 50Ω．发挥部分

（1）放大器的电压增益 AV≥52dB， 增益控制扩展至 52dB， 增益控制步长不变，输入电压有效值 Vi≤5mV，其输入阻抗、输出阻抗均为 50Ω，负载电阻 50Ω，且输出电压有效值 Vo≥2V，波形无明显失真；

（2）在 50MHz～160MHz 频率范围内增益波动不大于 2dB；

（3）－3dB 的通频带不窄于 40MHz～200MHz，即 fL≤40MHz 和 fH≥200MHz；

（4）电压增益 AV≥52dB，当输入信号频率 f≤20MHz 或输入信号频率 f≥270MHz 时，实测电压增益 AV 均不大于 20dB；，且输出电压有效值 Vo≥2V，波形无明显失真；

（2）在 50MHz～160MHz 频率范围内增益波动不大于 2dB；

（3）－3dB 的通频带不窄于 40MHz～200MHz，即 fL≤40MHz 和 fH≥200MHz；

（4）电压增益 AV≥52dB，当输入信号频率 f≤20MHz 或输入信号频率 f≥270MHz 时，实测电压增益 AV 均不大于 20dB；，且输出电压有效值 Vo≥2V，波形无明显失真；

（2）在 50MHz～160MHz 频率范围内增益波动不大于 2dB；

（3）－3dB 的通频带不窄于 40MHz～200MHz，即 fL≤40MHz 和 fH≥200MHz；

（4）电压增益 AV≥52dB，当输入信号频率 f≤20MHz 或输入信号频率 f≥270MHz 时，实测电压增益 AV 均不大于 20dB；

（5）其他。

三、说明

1.基本要求（2）和发挥部分（2）用点频法测量电压增益，计算增益波动，测量频率点测评时公布。

2. 基本要求（3）和发挥部分（3）用点频法测量电压增益，分析是否满足通频带要求，测量频率点测评时公布。

3.放大器采用+12V 单电源供电，所需其它电源电压自行转换。

80MHz~100MHz 频谱分析仪（E 题）

一、任务

设计制作一个简易频谱仪。频谱仪的本振源用锁相环制作。频谱仪的基

本结构图如图 1 所示。

二、要求

1.  基本要求

制作一个基于锁相环的本振源：

（1）频率范围  90MHz~110MHz；

（2）频率步进  100kHz；

（3）输出电压幅度  10~100mV，可调；

（4）在整个频率范围内可自动扫描；扫描时间在 1~5s 之间可调；可手动扫描；还可预置在某一特定频率；

（5）显示频率；

（6）制作一个附加电路，用于观测整个锁定过程；

（7）锁定时间小于 1ms。

2.  发挥部分

制作一个 80MHz~100MHz 频谱分析仪：

（1）频率范围  80MHz~100MHz；      

（2）分辨率    100kHz；

（3）可在频段内扫描并能显示信号频谱和对应幅度最大的信号频率；

（4）测试在全频段内的杂散频率(大于主频分量幅度的 2%为杂散频率)个数；   

（5）其他。

三、说明

在频谱仪滤波器的输出端应有一个测试端子，便于测量。

数字频率计（F 题）

一、任务

设计并制作一台闸门时间为 1s 的数字频率计。

二、要求

1．基本要求

(1)  频率和周期测量功能

a．被测信号为正弦波，频率范围为 1Hz～10MHz；

b．被测信号有效值电压范围为 50mV～1V；

c．测量相对误差的绝对值不大于。

(2)  时间间隔测量功能

a．被测信号为方波，频率范围为 100Hz～1MHz；

b．被测信号峰峰值电压范围为 50mV～1V；

c．被测时间间隔的范围为 0.1μs～100ms；

d．测量相对误差的绝对值不大于 。

(3)  测量数据刷新时间不大于 2s，测量结果稳定，并能自动显示单位。

2．发挥部分

(1)  频率和周期测量的正弦信号频率范围为 1Hz～100MHz，其他要求同基本要求（1）和（3）。

(2)  频率和周期测量时被测正弦信号的最小有效值电压为 10mV，其他要求同基本要求（1）和（3）。

(3)  增加脉冲信号占空比的测量功能，要求：

a．被测信号为矩形波，频率范围为 1Hz～5MHz；

b．被测信号峰峰值电压范围为 50mV～1V；

c．被测脉冲信号占空比的范围为 10%～90%；

d．显示的分辨率为 0.1%，测量相对误差的绝对值不大于

(4)  其他（例如，进一步降低被测信号电压的幅度等）。

三、说明

本题时间间隔测量是指 A、B 两路同频周期信号之间的时间间隔 TA-B。测试时可以使用双通道 DDS 函数信号发生器，提供 A、B 两路信号。

短距视频信号无线通信网络（G题）

一、任务

设计并制作一个短距视频信号无线通信网络。通信网络如图 1 所示。该网络包括主节点 A、 从节点 B 和 C， 实现从节点 B 和 C 到主节点 A 的视频信号传输。传输的视频信号为模拟彩色视频信号（彩色制式不限），由具有 AV输出端子的彩色摄像头提供。每个从节点预留 AV 视频输入（莲花 RCA）插座，通过一根 AV 连接电缆与摄像头 AV 输出端子连接。节点须使用水平全方向天线，确保节点在水平全方向上都能达到要求的通信距离。

二、要求

1．基本要求

（1）实现由从节点 B 到主节点 A 的单向视频信号传输。主节点 A 预留 AV视频输出（莲花 RCA）插座，可以输出 AV 模拟彩色视频信号。采用具有 AV 输入端子的电视机显示通信的视频内容，电视机的彩色制式应与彩色视频信号制式一致。要求电视机显示的视频内容应清晰无闪烁、色彩正常，与摄像头直接用 AV 电缆连接到电视机的图像质量无明显差异（可拍摄题目附件的电视测试卡作为图像比较的参照物） ， 最小通信距离不小于 5m。

（2）实现由从节点 C 到主节点 A 的单向视频信号传输，图像质量与通信距离要求同基本要求（1） 。

（3） 同时实现两个从节点 B 和 C 到主节点 A 的单向视频信号传输。 图像质量与通信距离要求同基本要求（1） 。主节点 A 可通过开关选择显示从节点 B 或 C 的视频内容。

（4）通过开关控制，从节点 B 和 C 在其发射的视频信号中，分别叠加对应字符“B”和“C”  的图案，在主节点 A 的电视机屏幕上与视频内容叠加显示。字符显示颜色、位置与大小自定。

2．发挥部分

（1） 从节点 B 和 C 必须分别采用 2 节 1.2~1.5V 电池独立供电。摄像头也要求采用电池独立供电，摄像头功耗不计入从节点 B 和 C 的功耗。启动产生叠加字符功能，在通信距离为 5m 时，图像质量要求同基本要求（1） 。从节点 B 和 C 的功耗均应小于 150mW。

（2） 可以指定从节点 C 为中继转发节点 （指定的方式任意） ， 实现由从节点B 到主节点 A 间的视频信号中继通信。 要求 B 节点到主节点 A 总的通信距离不小于 10m，图像质量要求同基本要求（1） 。

（3） 从节点 C 在转发从节点 B 视频信号到主节点 A 的同时，仍能传输自己的视频信号到主节点 A。主节点可通过开关选择显示从节点 B 或 C 的视频内容，图像质量与通信距离要求同基本要求（1） 。

（4）其他（如尽可能降低从节点 B 和 C 的功耗等） 。

三、说明

1.  网络节点可以使用成品收发模块，但其工作频率和发射功率应符合国家相关

规定（http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295310/n11297428/11637344.html） 。

2.  摄像头与从节点间的信号连接仅限一根 AV 视频电缆，传输 AV 模拟彩色视频信号，不得再使用其他有线或无线连接方式。

3.  本题所述的通信距离指两个节点设备外边沿间的最小直线距离。

4.  发挥部分必须在完成基本要求（4）的功能后才能进行，否则发挥部分不计入成绩。

5.  发挥部分（2）、（3）必须在发挥部分（1）要求的供电方式下进行。

注：根据各参赛队准备和现场筹备实际情况，竞赛条件和规则有补充细则，详见竞赛规程说明。