单相 AC-DC 变换电路（A 题）
一、任务
设计并制作如下图所示的单相 AC-DC 变换电路。输出直流电压稳定在 36V，输出电流额定值为 2A。
二、要求
1. 基本要求
（1）在输入交流电压 Us=24V、输出直流电流 Io=2A 条件下，使输出直流电压Uo=36V±0.1V。
（2）当 Us=24V，Io 在 0.2A～2.0A 范围内变化时，负载调整率 SI ≤ 0.5%。
（3）当 Io=2A，Us 在 20V～30V 范围内变化时，电压调整率 SU ≤ 0.5%。
（4）设计并制作功率因数测量电路，实现 AC-DC 变换电路输入侧功率因数的测量，测量误差绝对值不大于 0.03。
（5）具有输出过流保护功能，动作电流为 2.5A±0.2A。
2. 发挥部分
（1）实现功率因数校正，在 Us=24V，Io=2A，Uo=36V 条件下，使 AC-DC 变换
电路交流输入侧功率因数不低于 0.98。
（2）在 Us=24V，Io=2A，Uo=36V 条件下，使 AC-DC 变换电路效率不低于 95%。
（3）能够根据设定自动调整功率因数，功率因数调整范围不小于 0.80~1.00，稳态误差绝对值不大于 0.03。
（4）其他。
三、说明
1. 图 1 中的变压器由自耦变压器和隔离变压器构成。
2.题中交流参数均为有效值，AC-DC 电路效率
,其中
，
。
3. 本题定义：
（1） 负载调整率
,其中 Uo1 为 Io=0.2A 时的直流
输出电压， Uo2 为 Io=2.0A 时 的 直 流 输 出 电 压 ；
（2） 电压 调整率
,Uo1 为 Us =20V 时的直流输出电压，Uo2 为 Us =30V 时的直流输出电压。
4. 交流功率和功率因数测量可采用数字式电参数测量仪。
5. 辅助电源由 220V 工频供电，可购买电源模块（亦可自制），作为作品的组成部
分。测试时，不再另行提供稳压电源。
6. 制作时须考虑测试方便，合理设置测试点。
四旋翼自主飞行器（B 题）
一、任务
设计并制作一架四旋翼自主飞行器。飞行区域俯视图和立体图分别如下图 所示。
（飞行区域俯视图（图中单位：cm））
（飞行区域立体图（图中单位：cm））
二、要求
1. 基本要求
（1）四旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图 1 所示的 A 区，一键式启动飞行器起飞； 飞向 B 区，在 B 区降落并停机； 飞行时间不大于 45s。
（2）飞行器摆放在 B 区，一键式启动飞行器起飞；飞向 A 区，在 A 区降落并停机；飞行时间不大于 45s。
2. 发挥部分
（1）飞行器摆放在 A 区，飞行器下面摆放一薄铁片，一键式启动，飞行器拾取薄铁片并起飞。
（2）飞行器携带薄铁片从示高线上方飞向 B 区，并在空中将薄铁片投放到B 区；飞行器从示高线上方返回 A 区，在 A 区降落并停机。
（3）以上往返飞行时间不大于 30s。
（4）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．飞行器控制板的 MCU 必须使用组委会统一下发的 R5F100LEA，必须安装在明显位置，以便检查。
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．薄铁片为边长 4cm 的正方形，厚度≤0.05cm。
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 4cm，可用黑色胶带；示高线为直径 0.5~0.8cm 的黑色电缆线，横向悬挂于飞行区中间，距地高 100cm。飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。
6．允许测试 2 次，每次测试全程不得更换电池。两次测试之间允许更换电池，更换电池时间小于 2 分钟。
7．飞行器不得遥控，飞行过程中不得人为干预。
8．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，失败前完成动作仍计分。
9．飞行器起飞，距地面高度 10cm 以上视为飞离地面。
10．一键式启动是指飞行器摆放在 A 区或 B 区后，只允许按一个键启动。如有飞行模式设置应在飞行器摆放在 A 区或 B 区前完成。
11．为保证安全，可沿飞行区域四周架设安全网（长 500cm，宽 300cm，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。安装示意图如下图所示。
（飞行区域安全网示意图）
简易旋转倒立摆及控制装置（C 题）
一、任务
设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如下图所示。电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂 C 旋转。摆杆 E 通过转轴 D 固定在旋转臂 C 的一端， 当旋转臂 C 在电动机 A 驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆 E 在垂直于旋转臂 C 的平面作自由旋转。
(旋转倒立摆结构示意图）
二、要求
1．基本要求
（1）摆杆从处于自然下垂状态（摆角 0°）开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过-60°~ +60°；
（2）从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；
（3）在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近 165°位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s；期间旋转臂的转动角度不大于 90°。
三、说明
1．旋转倒立摆机械部分必须自制，结构要求如下：硬质摆杆 E 通过转轴 D 连接在旋转臂 C边缘，且距旋转臂 C 轴心距离为 20cm±5cm；摆杆的横截面为圆形或正方形，直径或边长不超过 1cm，长度在 15cm±5cm 范围内；允许使用传感器检测摆杆的状态，但不得影响摆杆的转动灵活性；图 1 中支架 B 的形状仅作参考， 其余未作规定的可自行设计结构；电动机自行选型。
2．摆杆要能够在垂直平面灵活旋转，检验方法如下：将摆杆拉起至水平位置后松开，摆杆至少能够自由摆动 3 个来回。
3．除电动机 A 之外，装置中不得有其他动力部件。
4．摆杆 自然下垂 状态 是指摆角 为0°位置，见下图。
5．摆杆倒立状态是指摆杆在-165°至 165°范围内。
6．基本要求（1）、（2）中，超过 30s视为失败；发挥部分 （1）超过 90s视为失败；发挥部分（3）超过 3分钟即视为失败；以上各项，完成时间越短越好。
7．摆杆倒立时施加干扰的方法是，以 15cm 长细绳栓一只 5 克砝码，在摆杆上方将砝码拉起 15°~45°，释放后用砝码沿摆杆摆动的切线方向撞击摆杆上端 1~2cm 处；以抗扰动能力强弱判定成绩。
8．测试时，将在摆杆后 1~2cm 处固定一如图 2 所示轻质量角器，以方便观察摆杆的旋转角度。
（摆杆位置示意图）
射频宽带放大器（D 题）
一、任务
设计并制作一个射频宽带放大器。
二、要求
1．基本要求
（1）电压增益 Av ≥20dB，输入电压有效值 Ui ≤20mV。Av 在 0～20dB 范围内可调。
（2）最大输出正弦波电压有效值 Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。
（3）放大器 BW-3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz，上限频率fH≥20MHz，并要
求在 1MHz～15MHz 频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入阻抗 = 50，输出阻抗 = 50 。
2．发挥部分
（1）电压增益 Av ≥60dB，输入电压有效值 Ui ≤1 mV。Av 在 0～60dB 范围内可调。
（2）在 Av ≥60dB 时，输出端噪声电压的峰峰值 UoNpp ≤100mV。
（3） 放大器 BW-3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz，上限频率 fH≥100MHz，并要求在 1MHz～80MHz 频带内增益起伏≤1dB。 该项目要求在 Av ≥60dB（或可达到的最高电压增益点），最大输出正弦波电压有效值 Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真条件下测试。
（4）最大输出正弦波电压有效值 Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真。
（5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等） 。
三、说明
1 ．要求负载电阻两端预留测试端子。最大输出正弦波电压有效值应在RL=50条件下测试（要求 RL 阻值误差≤5 %） ，如负载电阻不符合要求，该项目不得分。
2．评测时参赛队自备一台 220V 交流输入的直流稳压电源。
3. 建议的测试框图如图 1 所示，可采用点频测试法。射频宽带放大器幅频特性示意图如图 2 所示。
（图1 测试框图）
（图2 幅频特性示意图）
简易频率特性测试仪（E 题）
一、任务
根据零中频正交解调原理， 设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包
括幅频特性和相频特性，其示意图如下图所示。
（频率特性测试仪示意图）
二、要求
1．基本要求
制作一个正交扫频信号源。
（1）频率范围为 1MHz~40MHz，频率稳定度≤
；频率可设置，最小设置单位 100kHz。
（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。
（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。
（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进 100kHz；要求
连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。
2．发挥部分
（1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。
a. 输入阻抗为 50Ω，输出阻抗为 50Ω；
b. 可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对值≤5º；数据显示的分辨率：电压增益 0.1dB，相移 0.1º。
（2）制作一个 RLC 串联谐振电路作为被测网络，如图 2 所示,其中 Ri和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。
a. 要求被测网络通带中心频率为20MHz,误差的绝对值≤5%；有载品质因数为4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；
b. 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示的分辨率为 100kHz；
c. 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。
（RLC 串联谐振电路）
三、说明
1．正交扫频信号源必须自制，不能使用商业化 DDS 开发板或模块等成品，自制电路板上需有明显的覆铜“2013”字样。
2．要求制作的仪器留有正交信号输出测试端口，以及被测网络的输入、输出接入端口。
3．本题中，幅度平衡误差指正交两路信号幅度在同频点上的相对误差，定
义为
,其中
。
4．本题中，幅度平坦度指信号幅度在工作频段内的相对变化量，定义为：
。
5．参考图 2，本题被测网络电压增益取：
。
6．幅频特性曲线的纵坐标为电压增益（dB）；相频特性曲线的纵坐标为相移（º）；特性曲线的横坐标均为线性频率（Hz）。
7．发挥部分中，一次线性扫频测量完成时间≤30s。
红外光通信装置（F 题）
一、任务
设计并制作一个红外光通信装置。
二、要求
1．基本要求
（1）红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为 2m，如下图所示。
（红外光通信装置方框图）
（2）传输的语音信号可采用话筒或Φ3.5mm 的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为 300~3400Hz。
（3）接收的声音应无明显失真。当发射端输入语音信号改为 800Hz 单音信号时，在 8Ω电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于 0.4V。不改变电路状态， 减小发射端输入信号的幅度至 0V， 采用低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于10Hz、高端不小于 1MHz）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于 0.1V。如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。
（4）当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。
2．发挥部分
（1）增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过 10s。 温度测量误差不超过 2℃。 语音信号和数字信号能同时传输。
（2）设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向 90°，延长通信距离 2 m，如下图 所示。语音通信质量要求同基本要求（3）。
（红外光通信中继转发装置方框图）
中继转发节点采用 5V 直流单电源供电，电路见下图。串接的毫安表用来测量其供电直流电流。
（中继转发节点供电电路）
（3） 在满足发挥部分（2） 要求的条件下， 尽量减小中继转发节点供电电流。
（4）其他。
三、说明
1．本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。发射端及转发节点必须采用分立的红外发光管作为发射器件，安装时需外露发光管，以便检查。不得采用内部含有现成通信协议的红外光发射芯片或模块。
2． 中继转发节点除外接的单 5V 供电电源外， 不得使用其他供电装置 （如电池、超级电容等） 。
3．测试时，自备 MP3 或录音机及音频连接线。
手写绘图板（G 题）
一、任务
利用普通 PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。系统构成框图如图 1所示。普通覆铜板尺寸为 15cm× 10cm，其四角用导线连接到电路，同时，一根带导线的普通表笔连接到电路。表笔可与覆铜板表面任意位置接触， 电路应能检测表笔与铜箔的接触，并测量触点位置，进而实现手写绘图功能。 覆铜板表面由参赛者自行绘制纵横坐标以及 6cm x 4cm （高精度区 A）和 12 cm x8cm （一般精度区 B）如图中两个虚线框所示。
（系统构成框图）
二、要求
1. 基本要求：
（1）指示功能：表笔接触铜箔表面时，能给出明确显示。
（2）能正确显示触点位于纵坐标左右位置。
（3）能正确显示触点四象限位置。
（4）能正确显示坐标值。
（5）显示坐标值的分辨率为 10mm， 绝对误差不大于 5mm。
2．发挥部分：
（1） 进一步提高坐标分辨率至8mm和6mm； 要求分辨率为 8mm 时，绝对误差不大于 4mm分辨率为 6mm 时，绝对误差不大于 3mm。
（2）绘图功能。能跟踪表笔动作，并显示绘图轨迹。在A区内画三个直径分别为 20mm,12mm 和 8mm 不同直径的圆，并显示该圆；20mm 的圆要求能在 10s 内完成，其它圆不要求完成时间。
（3）低功耗设计。功耗为总电流乘 12V；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于 1.5W。
（4）其他。如显示文字，提高坐标分辨率等。
三、说明
1．必须使用普通的覆铜板
（1）不得更换其它高电阻率的材料。
（2）不得对铜箔表面进行改变电阻率的特殊镀层处理。
（3）覆铜板表面的刻度自行绘制，测试时以该刻度为准。
（4）考虑到绘制刻度影响测量，不要求表笔接触刻度线条时也具有正确检测能力。
2．覆铜板到电路的连接应满足以下条件
（1）只有铜箔四角可连接到电路，除此之外不应有其它连接点（表笔触点除外）。
（2）不得使用任何额外传感装置。
3．表笔可选用一般的万用表表笔。
4．电源供电必须为单 12V 供电。
5．基本要求除（5）外均在 B 区测，测分辨率和圆均在 A 区内测。
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。
