全国大学生电子设计大赛作品报告

2015年全国大学生电子设计竞赛

多旋翼自主飞行器（c题）

2015 年8月15 日

摘要

旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100 LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。

飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。

目录

目录

1. 方案论证与比较...........................................

1.1四旋翼算法方案.......................................

1.2 STM32控制方案.......................................

1.3 CMOS视频模块方案....................................

1.4四旋翼飞行器结构与原理理论...........................

2理论分析与计算.............................................

2.1四旋翼飞控算法误析...................................

2.2 PID算法误差分析.....................................

3.测试方案..................................................

3.1测试仪器.............................................

3.2 测试环境............................................

4.测试结果..................................................

4.1.基本要求测试数据 .................................... 4.2.综合性能分析结论 .................................... 4.3心得体会： ........................................... 参考文献 .................................................... 附录一、总体电路原理图 ...................................... 附录二、主要软件程序 ........................................

1. 方案论证与比较

1.1四旋翼算法方案

方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g 时，由加计

算出的值比较准确。

使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX 欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角 。 载体坐标系下的 加 速 度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN, ayN, azN)之间的关系可表示为(1)。其中 c 和 s 分别代表 cos 和 sin 。axB,ayB,azB 就是mpu 读出来的三个值。

这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。

axB c c c s s axN ayB c s s s c c c s s s s c ayN azB s s c s c s c c s s c c azN θψθψθφψφθψφψφθψφθφψφθψ

φψφθψ

φθ-???

???

??????=-++????????????+-+??????

(1)

飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速度等于重力加速度，即

00xN yN zN a a g a ????

????=????????

???? （2） 把（2）代入（1）可以解

:

arctg θ= （3）

yB zB a arctg a φ??

=

??? （4）

即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。

方案二：四元数法（通过处理单位采样时间内的角增量(mpu的陀螺仪得到的就是角增量)，为了避免噪声的微分放大，应该直接用角增量-------抄的书）

本项目采用的是方案一。

1.2 STM32控制方案

方案一：直接激活飞控模块（RL78/G13MCU），可以很好的与飞控进行协调，实现飞控模块的启动与停止。

方案二：使用STM32直接控制飞行器飞行。在植入的程序里包含对四旋翼的控制算法和自启动和自停止，还有视频模块的处理，但太过复杂。

本项目组结合本题相关要求。对模块之间的协调和信号的传输进行处理，决定采用项目一。

1.3 CMOS视频模块方案

通过图像传感器对实时图像的采集，得到道路的信息，对当前采集到的图像信息做出判断，从而得到道路的情况，之后通过进一步控制实现循迹功能。

本例程利用 OV7620 CMOS 摄像头模块成像 1 米外路径图像（白底一条黑线），

将一帧数据转换成“0”“1” 镜像到MCU RL78/G13的RAM中。如图1.1图像二值化

存储示例。

图1.1

1.3 总体方案描述：如图1.3

图1.3

1.4四旋翼飞行器结构与原理理论

1.4.1 飞行器结构

旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图 1.1所示。

1.4.

2. 工作原理

四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

图1.4 飞行器的结构形式

2理论分析与计算

2.1四旋翼飞控算法误析

vx = 2*(q1q3 - q0q2); //四元素中xyz的 vy = 2*(q0q1 + q2q3);

vz = q0q0 - q1q1 - q2q2 + q3q3 ;

// error is sum of cross product between reference direction of fields and direction measured by sensors

ex = (ay*vz - az*vy) ; //向量外积在相减得到差分就是误差

ey = (az*vx - ax*vz) ;

ez = (ax*vy - ay*vx) ;

exInt = exInt + ex * Ki;//对误差进行积分

eyInt = eyInt + ey * Ki;

ezInt = ezInt + ez * Ki;

// adjusted gyroscope measurements

gx = gx + Kp*ex + exInt;

//将误差PI后补偿到陀螺仪，即补偿零点漂移

gy = gy + Kp*ey + eyInt;

gz = gz + Kp*ez + ezInt;

//这里的gz由于没有观测者进行矫正会产生漂移，表现出来的就是积分自增或自减2.2 PID算法误差分析

直接使用陀螺仪测量得到的角速度作为微分项。由于角度的微分即角速度，因此直接使用陀螺仪测得的角速度值最为直观简便，且由于没有引入期望值进行微分，因

此，在期望值进行切换时不会对系统产生较大的干扰。然而，陀螺仪的零点飘移却是一个不可忽视的问题。随着时间，系统运动状态的改变，陀螺仪的零点可能随之改变，因而从理论上讲，应当对陀螺仪的零点进行动态修正，以保证微分项的准确性。

(1)使用本次角度偏差与上一时刻的角度偏差的差值作为微分项。由于对期望值

进行了微分，因此在期望值进行切换时，存在较大扰动，若使用该方法，可对微分项

进行一阶惯性滤波，使微分项较为平滑。

(2)使用微分先行PID 算法，将角度期望进行分离，直接针对当前时刻姿态解算

得到的姿态角进行微分，与上一种方法相比，在期望值进行切换时，不会对系统产生

较大的扰动。与第一种方法相比，由于在姿态解算时，通过加速度计与陀螺仪进行融

合得到较为准确的姿态角，因此，将其用于微分项在理论上较为合理。

然而，经过大量的实验经验发现，第一种方法的控制效果最好。仔细推敲之后不

难发现，由于第三种方法所使用的姿态解算得到的姿态角并非时刻接近真实值，在动

态过程中，该现象尤为明显。当真实值进行切换时，估计值从上一时刻逼近这一时刻

的真实值需要一定的过渡时间，因此，可以认为第三种方法得到的微分项是滞后的，

微分项的作用体现在对未来的预测，而使用一个“过去”的控制量对“未来”进行预测控

制，这显然是不合理的。在实验中则体现为系统抵抗外力的反作用力较小。因此，使

用第三种方法的前提为，具备响应极快的姿态解算算法且控制频率较高。

3.测试方案

3.1测试仪器

电子示高装置，产生示高线h1,h2，位于同一垂直水平线，飞行器触碰h1,h2线时该装置可产生声光报警。

PC机一台，将拍摄的视频文件借助PC机播放，以验证视频模块能否正常工作。

两个直径不同的同心圆，内圆为黑色外圆为白色，直径分别为25CM和75CM。秒表一个，要求在规定的时间内完成规定的动作。

3.2 测试环境

在空旷的实验室中，确保实验室的长度,高度,宽度均符合条件要求，，并能保证实验人员的安全要求。

基本要求一：测量飞行器起始的位置与目的地之间的线性距离，使它们之间的距离超过题目要求的最小距离，使其从A点出发至B点结束，测试系统工作情况。

基本要求二:测试飞行器从A点出发以飞行高度不低于30CM的要求按逆时针做矩形运动。

基本要求三：要求测试环境有电子示高装置，并可在现场产生激光示高线，其高度可调，调整范围为30CM—120CM。

发挥部分要求一：使用的小铁板M1的重量不得低于规定重量的95%，并为单独实物。

4.测试结果

4.1.基本要求测试数据

飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。

4.2.综合性能分析结论

飞行器在A区能一键式启动，飞行器起飞，沿矩阵CDEF逆时针飞行一圈，并在A区着陆并停机；飞行高度不低于30CM；飞行时间不大于45S..但是各个部件的协调做的不是太好，具体是:有的时候不能正常启动，还有对CMOS摄像模块的控制以及录得文件的存储，并不能更好的工作，希望以后可以继续改进。

4.3心得体会：

通过单片机来控制飞控模块的确是个难题，在代码的设计上出现了很大难题，，我和我的团队更是在单片机与飞控的通信问题上费了好大功夫。

飞控始终是一个大难题，我们团队采用的是欧拉角方法，我们的姿态扭正算法是在万方数据库里的论文找的，千辛万苦始到金。

另一个难题是摄像模块的处理，摄像模块如何与单片机的通信以及如何把所拍摄文件传输到SD卡里并能通过PC机回放，我们在单片机的代码里也考虑到这个问题，最终还是得到好的结果。

炎炎夏日，在如此紧张的时间内完成如此大的工程，的确对我们的耐力和知识提出了挑战，有团队的合作,有老师的支持是我们参与此次大赛的初始勇气。希望下次我们能做到更好。

参考文献

[1]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计（第二版）.北京：北京航空航天大学出

版社 2011 年 2 月

[3]程程，洪龙. 一种实用的红外通信装置设计及实现.电力自动化设备. 第 29 卷第 9

期 2009 年 9 月 P26~29

[4]Paul scherz.发明者电子设计宝典.蔡声镇，林佑达，吴允平等译.福建：福建科学出

版社.2004 年 1 月

[5]陈永真，陈之勃.全国大学生电子设计竞赛硬件电路设计精讲.北京：电子工业出版社.2011 年 5 月

附录一、总体电路原理图

附录二、主要软件程序

#include"stc12c5a60s2.h"

sbit p1=P1^0; //副翼

sbit p2=P1^1; //升降

sbit p3=P1^2; //油门

sbit p4=P1^3; //方向

unsigned char flag=0;//

int init_kk=4000;//激活标志 4000周期为2秒

//int pwm=0;

void delay()

{

int i,j;

for(i=0;i<1850;i++)

for(j=0;j<1000;j++);

}

int mian()

{

EA=1;

TMOD=0x01;

AUXR=0;

ET0=1;

TH0=185/256; //0.1ms

TL0=185%256;

TR0=1;

while(init_kk)

{

if(flag==200)

flag=0;

if(20>flag)//方向2ms

{

p4=1;

}

else

{

p4=0;

}

if(10>flag)//油门1ms

{

p3=1 ;

}

else

{

p3=0;

}

}

delay();

while(1)

{

if(flag==200)

flag=0;

if(15>=flag) //方向

{

p1=0;

p2=0;

p4=1;

}

else

{

p1=0;

p2=0;

p4=0;

}

if(13>=flag) //油门

{

p3=1;

// if(pwm==6000) // {

// pwm=0;

// i++;

// if(i==20)

// i=0;

// }

}

else

p3=0;

}

}

void tm() interrupt 1

{

TH0=185/256; //0.1ms

TL0=185%256;

init_kk--;

flag++;

//pwm++;

TR0=1;

}

全国大学生结构设计竞赛赛题

第六届全国大学生结构设计竞赛赛题 1．命题背景 吊脚楼是我国传统山地民居中的典型形式。这种建筑依山就势，因地制宜，在今天仍然具有极强的适应性和顽强的生命力。这些建筑既是我中华民族久远历史文化传承的象征，也是我们的先辈们巧夺天工的聪明智慧和经验技能的充分体现。 重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。近年来的工程实践和科学研究表明，这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。自然灾害是这种建筑的天敌。 相对于地震、火灾等灾害而言，重庆地区由于地形地貌特征的影响，出现泥石流、滑坡等地质灾害的频率更大。因此，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。本次结构设计竞赛以吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。 2．赛题概述 本次竞赛的题目考虑到可操作性，以质量球模拟泥石流或山体滑坡，撞击一个四层的吊脚楼框架结构模型的一层楼面，如图2.1所示。四层吊脚楼框架结构模型由参赛各队在规定的时间内现场完成。模型各层楼面系统承受的竖向荷载由附加配重钢板实现。主办方提供器材将模型与加载装置连接固定（加载台座倾角均为o 30θ=），并提供统一的测量工具对模型的性能进行测试。 图2.1.第六届全国大学生结构设计竞赛赛题简图 配重1M 配重2M 配重2M 后固定板 前撞击板 螺杆 钢底座 钢架A 钢架B 不锈钢半圆滑槽 模型部分（含部分加载装置） 加载台座 θ θ 加速度传感器 螺杆 硬橡胶

3．模型要求 图3.1.模型要求示意图 图 3.1模型设计参数取值表 q o 30 0L 20cm > —— H 1cm 99± L < 24cm —— q 配重1M 配重2M 配重2M 前撞击板 后固定板 底板 模型平面尺寸要求示意图 要求平整，且与前撞击板端头有效接触面积不小于22cm 要求平整，且与后固定板端头有效接触面积不小于22cm 底板示意图 允许固定区域 硬橡胶

电子设计大赛报告.doc

自动搬运机器人 王泽栋1 曹嘉隆1 高召晗1 杨超2 （1．电子信息工程系学生，2.电子信息工程系教师） 【摘要】 本设计与实作是利用反射式红外线传感器所检测到我们所要跑的路线，我们以前后车头共4颗红外感应传感器TCRT5000来检测黑色路线，并利用Atmel 公司生产的8位单片机AT89S52单片机做决策分析。，将控制结果输出至直流电机让车体自行按预先设计好的路线行走。以AT89S52晶片控制自动搬运机器人的行径，藉由自动搬运的制作过程学习如何透过程式化控制流程、方法与策略、利用汇编语言控制电机停止及正反转，使自动搬运机器人能够沿轨道自行前进、后退以及转弯。目的是在于让车子达到最佳效能之后，参加比赛为最终目的。自动搬运机器人运行过程中会遇到直线、弯道、停止。该设计集检测，微控等技术为一体，运用了数电、模电和小系统设计技术。该设计具有一定的可移植性，能应用于一些高难度作业环境中。 【关键词】自动搬运；黑线检测；时间显示。 1.系统方案选择和论证 1．1 系统基本方案 根据要求，此设计主要分为控制部分和检测部分，还添加了一些电路作为系统的扩展功能，有电动车每一次往返的时间（记录显示装置需安装在机器人上）和总的行驶时间的显示。系统中控制部分包括控制器模块、显示模块及电动机驱动模块。信号检测部分包括黑线检测模块。系统方框图如图1.1.1 图1.1 系统方框图 1．2各模块方案的比较与论证 （1）控制器模块 根据设计要求，控制器主要用于信号的接收和辨认控制电机的正反转、小车的到达直角转弯处的转向、时间显示。 方案一：采用MCS-51系列单片机价格低、体积小、控制能力强。 方案二：采用与51系列单片机兼容的Atmel公司的AT89S52作为控制器件

电子商务三创大赛特等奖作品

电子商务三创大赛特等奖作品 新闻中心讯 (特约记者冷馥辰徐航)7月28日，“汾酒杯”第八届全国大学生电子商务“创新、创意、创业”挑战赛总决赛（简称“三创赛”）在山西太原理工大学圆满落下帷幕。武汉工商学院电子商务学院学生邹家哲、李俊毅、刘钊汝、王开梅和文法学院学生张滨淏组成的代表队，凭借参赛项目《宠物之家》从全国诸多项目中脱颖而出，一举夺得全国大学生电子商务“三创”大赛一等奖。 据《宠物之家》项目负责人邹家哲介绍，该项目针对我国现有宠物服务市场存在的管理不规范、服务不完善、信息不对称等诸多问题，对现有的各类宠物服务市场资源进行整合，建立起一个互通有无的信息平台，旨在给消费者提供最全面的服务信息，为宠物们提供一个最温暖的家。 为了迎接本次比赛，“宠物之家”团队进行了近一个月的策划和设计，从网站淘宝、APP、资金、技术及推广各项指标进行了充分准备，目前，宠物之家平台已经完成了部分项目的开发，后期会正式投入运营，将设计方案付诸实践。“虽然做了充分的准备，但在面对评委老师严谨且环环相扣的提问，我们还是被创业所需的严谨的逻辑方式所震撼，感觉到自己今后还需要加倍努力”，项目负责人邹家哲感慨地说。“能取得这样的好成绩，首先离不开优秀的创意和良好的团队合作，同时，在比赛中，稳定的发挥，能够清晰地阐明自己项目的特点和优势也至关重要”，团队指导老师朱晓伟欣慰地说。

据悉，“三创赛”是由教育部主管，教育部高等学校电子商务类专业教学指导委员会主办的全国性竞赛，竞赛分为校赛、省赛、全国总决赛三级赛事，旨在激发大学生兴趣和潜能，培养大学生创新意识、创新思维、创业能力以及团队协同实战精神，本届“三创赛”聚集了来自全国32个省份31970支参赛队伍参加。

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题

第十届全国大学生结构设计竞赛赛题 大跨度屋盖结构 随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步，正在赶超国际先进水平。改革开放以来，大跨度结构的社会 需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大 批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。 2总体模型 总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成(图-1) 加载区域 图-1模型三维透视示意简图 2.1承台板 承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm>800mm，厚度16mm，柱 底平面轴网尺寸为900mm>600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：

(1)内框线：平面净尺寸界限，850mr> 550mm；

（2） 中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸， （3） 外框线：屋盖最大边界投影尺寸， 1050mm X750mm 承台板板面标高定义为土 0.00。 2.2支承结构 仅允许在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。柱的任 何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（850mmx 550mm ）之外，且满足 空间检测要求。（即要求柱设置于四角175mm 125mm 范围内。） 柱顶标高不超过+0.425 （允许误差+5mm ），柱轴线间范围内+0.300标高以 下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。 2.3屋盖结构 屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于 125mm （允许误差 +5mm ），即其最低处标高不得低于0.300m ，最高处标高不超过0.425m （允许误 差 +5mm ）。 平面净尺寸范围（850mmx 550mm ）内屋盖净空不低于300mm ，屋盖结构 覆盖面积（水平投影面积）不小于900X300mm ，也不大于1050X750mm ,见图-3。 不需制作屋面。 屋盖结 构覆盖面积（水平投 影面积）不小于900>600mm ，也不大于 1050X750m m 。但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。 屋盖结构中心点（轴网900X300mm 的中心）为挠度测量点。 2.4剖面尺寸要求 模型高度方向的尺寸以承台板面标高为基准，尺寸详见图 -4、5。 900mm >600mm ； (I ； ② 图-2承台板平面尺寸图 、柱脚内界 口 g □ Trfrii?尺寸范应 （85Gi550} 〔柱脚不睜进入谀范 柱位 12UW

2017全国大学生电子设计竞赛设计报告

2017年全国大学生电子设计竞赛简易水情检测系统（P题） 2017年8月12日

摘要 本设计的是简易水情检测系统以STC89C52芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情检测系统。系统主要由5V电源供电。在硬件电路上在，用总线连接PH值传感器和水位传感器，通过传感器收集到的水情数据发送到单片机，单片机存储实时数据，并显示在12864LCD液晶屏上。在软件方面，采用C语言编程。通过对单片机程序设计实现对水情检测系统的水情数据的采集、显示和检测。 关键词：单片机最小系统；PH值传感器；水位传感器；AD模块 Abstract The design is a simple water regime detection system to STC89C52 chip as the core, supplemented by the relevant external circuit, designed to single-chip as the core of the water regime detection system. The system is powered by 5V power supply. In the hardware circuit, with the bus connection PH sensor and water level sensor, through the sensor to collect the water data sent to the microcontroller, single-chip storage of real-time data, and displayed on the 12864LCD LCD screen. In software, the use of C language programming. Through the single-chip program design to achieve the water regime detection system of water data collection, display and detection. Key words:single chip minimum system; PH value sensor; water level sensor; capacitance

全国电子设计大赛资料报告材料一等奖

2013年全国大学生电子设计竞赛 简易旋转倒立摆及控制装置（C题） 【本科组】 摘要： 通过对该测控系统结构和特点的分析，结合现代控制技术设计理念实现了以微控制器MC9S12XS128系列单片机为核心的旋转倒立摆控制系统。通过采集的角度值与平衡位置进行比较，使用PD算法，从而达到控制电机的目的。其工作过程为：角位移传感器WDS35D通过对摆杆摆动过程中的信号采集然后经过A/D 采样后反馈给主控制器。控制器根据角度传感器反馈信号进行PID数据处理，从而对电机的转动做出调整，进行可靠的闭环控制，使用按键调节P、D的值，同时由显示模块显示当前的P、D值。 关键字： 倒立摆、直流电机、MC9S12XS128单片机、角位移传感器WDS35D、PD算法

目录 一、设计任务与要求 (3) 1 设计任务 (3) 2 设计要求 (3) 二系统方案 (4) 1 系统结构 (4) 2 方案比较与选择 (4) （1）角度传感器方案比较与选择 (4) （2）驱动器方案比较与选择 (5) 三理论分析与计算 (5) 1 电机的选型 (5) 2 摆杆状态检测 (5) 3 驱动与控制算法 (5) 四电路与程序设计 (6) 1 电路设计 (6) （1）最小系统模块电路 (6) （2）5110显示模块电路设计 (7) （3）电机驱动模块电路设计 (8) （4）角位移传感器模块电路设计 (8) （5）电源稳压模块设计 (8) 2 程序结构与设计 (9) 五系统测试与误差分析 (10) 5.1 测试方案 (10) 5.2 测试使用仪器 (10) 5.3 测试结果与误差分析 (10) 6 结论 (11) 参考文献 (11) 附录1 程序清单（部分） (12) 附录2 主板电路图 (15) 附录3 主要元器件清单 (16)

大学生结构设计大赛指导

大学生结构设计大赛指导 大连民族学院土木建筑工程学院 二OO八年十月

目录 一结构设计大赛的意义及背景 (1) 二结构设计大赛的题目 (2) 三采用的材料及其性能 (5) 四评分办法 (6) 五方案的确定及理论分析 (8) 六制作技巧 (9) 七往届大赛的题目及作品介绍 (13)

一、结构设计大赛的意义及背景： 结构设计大赛是一项极富创造性，挑战性的科技竞赛。它旨在通过对所学知识的综合运用和团队精神，提高同学的动手能力与思维能力，突出创新精神，加强同学之间的合作与交流，培养团队精神，丰富同学的课余生活。通过结构设计大赛可以很好地将课堂理论与实际工程紧密结合起来，培养大学生的设计与计算能力，全国性大学生结构设计竞赛已被教育部列为大学生9项科技竞赛之一。2005年，由国家教育部高等教育司和中国土木工程学会教育工作委员会联合主办，在浙江大学举行了全国第一届大学生结构设计竞赛，比赛的题目是：“高层建筑结构模型的制作和加载试验”。全国第二届大学生结构设计竞赛将于2008年10月由大连理工大学承办，竞赛题目是：“两跨两车道桥梁模型的制作和移动荷载作用的加载试验”。 2007年5月，由辽宁省教育厅高教处主办，由大连理工大学承办了第一届辽宁省大学生结构设计竞赛，竞赛题目是：“承受运动荷载的桥梁结构模型设计”，我校获得了二等奖1项，三等奖2项，并获得最佳结构奖和最佳组织奖。同时，我校在历届大连市大学生结构设计竞赛中都获得了非常好的成绩。刚刚结束的第四届大连市大学生结构设计竞赛的题目是：“两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验”,与全国第二届大学生结构设计竞赛的题目相同，我校获得了一等奖1项，二等奖1项，并获得3项优秀奖及最佳组织奖。我校为丰富校园学术氛围，提高学生的创新设计能力，也已举办过3届结构设计大赛，同学们踊跃参加，收到了很好的效果。

全国大学生电子设计大赛题一等奖数字频率计

2015 年全国大学生电子设计竞赛 全国一等奖作品 设计报告部分错误未修正，软 件部分未添加 竞赛选题：数字频率计（F 题）

摘要 本设计选用FPGA 作为数据处理与系统控制的核心，制作了一款超高精度的数字频率计，其优点在于采用了自动增益控制电路（AGC）和等精度测量法，全部电路使用PCB 制版，进一步减小误差。 AGC 电路可将不同频率、不同幅度的待测信号，放大至基本相同的幅度，且高于后级滞回比较器的窗口电压，有效解决了待测信号输入电压变化大、频率范围广的问题。频率等参数的测量采用闸门时间为1s 的等精度测量法。闸门时间与待测信号同步，避免了对被测信号计数所产生±1 个字的误差，有效提高了系统精度。 经过实测，本设计达到了赛题基本部分和发挥部分的全部指标，并在部分指标上远超赛题发挥部分要求。 关键词：FPGA 自动增益控制等精度测量法

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1. 系统方案 1.1. 方案比较与选择 宽带通道放大器 方案一：OPA690 固定增益直接放大。由于待测信号频率范围广，电压范围大，所以选用宽带运算放大器OPA690，5V 双电源供电，对所有待测信号进行较大倍数的固定增益。对于输入的正弦波信号，经过OPA690 的固定增益，小信号得到放大，大信号削顶失真，所以均可达到后级滞回比较器电路的窗口电压。 方案二：基于VCA810 的自动增益控制（AGC）。AGC 电路实时调整高带宽压控运算放大器VCA810 的增益控制电压，通过负反馈使得放大后的信号幅度基本保持恒定。 尽管方案一中的OPA690 是高速放大器，但是单级增益仅能满足本题基本部分的要求，而在放大高频段的小信号时，增益带宽积的限制使得该方案无法达到发挥部分在频率和幅度上的要求。 方案二中采用VCA810 与OPA690 级联放大，并通过外围负反馈电路实现自动增益控制。该方案不仅能够实现稳定可调的输出电压，而且可以解决高频小信号单级放大时的带宽问题。因此，采用基于VCA810 的自动增益控制方案。 正弦波整形电路 方案一：采用分立器件搭建整形电路。由于分立器件电路存在着结构复杂、设计难度大等诸多缺点，因此不采用该方案。 方案二：采用集成比较器运放。常用的电压比较器运放LM339 的响应时间为1300ns，远远无法达到发挥部分100MHz 的频率要求。因此，采用响应时间为4.5ns 的高速比较器运放TLV3501。 主控电路 方案一：采用诸如MSP430、STM32 等传统单片机作为主控芯片。单片机在现实中与FPGA 连接，建立并口通信，完成命令与数据的传输。 方案二：在FPGA 内部利用逻辑单元搭建片内单片机Avalon，在片内将单片机和测量参数的数字电路系统连接，不连接外部接线。 在硬件电路上，用FPGA 片内单片机，除了输入和输出显示等少数电路外，其它大部分电路都可以集成在一片FPGA 芯片中，大大降低了电路的复杂程度、减小了体积、电路工作也更加可靠和稳定，速度也大为提高。且在数据传输上方便、简单，因此主控电路的选择采用方案二。

青少年创新设计大赛

“创新设计?出彩青春”北京区首届青少年创 新设计大赛方案 以设计抒情，为青春色放，为进一步推动两新组织青春党建团建工作，充分激发青年群体的青春活力和创新热情，参与创新设计，弘扬创新精神，提高创新能力，通过创新理念推动北京创新发展，共青团北京区委开展——“创新设计?出彩青春”北京区首届创新创意设计大赛活动。本次活动向广大青年群体征集以“创新设计?出彩青春”为主题，以“信念、梦想、奋斗、奉献”为核心的创新创意作品,特举办“创新设计?出彩青春”北京区首届创新创意设计大赛活动。具体方案如下: 一、组织单位 主办单位：共青团北京区委员会 承办单位：北京青少年活动中心 协办单位：北京文理学院美术与设计学院 北京文理学院文化与传媒学院 北京文理学院教育学院 北京大学城市与科技学院艺术设计学院 北京水利电力职业学院 北京科创职业技术学院 北京财经职业学院 二、大赛主题 创新设计?出彩青春 三、大赛时间 宣传发动及征集阶段：12月10日前 评选阶段：12月11日——12月15日 评选结果公示及颁奖：12月24日

四、参赛须知 1、本次大赛以个人或团队形式参赛（团队不包括企业），欢迎社会各界青年人士及各学校创意设计精英、设计团队、党团员及青年艺术爱好者踊跃参赛；如多人合作，需征得所有合作者同意并标明所有合作者姓名。 2、作品必须为作者原创，未参与其他类似的比赛或活动。如因侵权导致的法律责任，其法律责任由参赛者本人承担，参赛作品切勿抄袭转载，一旦发现雷同作品，将取消参赛资格。 3、设计内容需围绕以“创新设计?出彩青春”为主题，以“信念、梦想、奋斗、奉献”为核心，所用设计软件不限，形式为创意图形&图案&实体（绘画）作品（如素描、水彩、速写、摄影、雕塑、服装手绘等具有创新设计思维的作品），突出青春、创新、创意的气息。 4、同一参赛者/团队可上传多组不同参赛作品，评选结果以作品为单位。 5、获奖者在收到获奖通知时需提供“作者/团队负责人签字的二代身份证复印件”及详细的个人信息。 6、报名方式： ①参赛者/团队在征集时间截止前将“‘创新设计?出彩青春’北京区首届青少年创新设计大赛方案报名表”电子版表格发至主办方邮 ②设计作品在征集时间截止前将电子版文件发至主办方邮箱，附带作品设计说明一份，（压缩文件中，参赛作者另需提供300dpi分辨率位图源文件或矢量文件）并且文件名标注作者信息或团队信息及作品名称。③绘画/摄影类作品在征集时间截止前以院系为单位将作品交至北京青少年活动中心四层办公室，并将作品电子版（JPG格式）传至主办方邮箱。

第三届全国大学生结构设计竞赛

第三届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第三届全国大学生结构设计竞赛委员会 2009.9.24

一、竞赛模型 定向木结构风力发电塔（如图），塔身高800mm，叶片（数量不限）组成的 A A-A 二、模型介绍 1.塔身 塔身为竞赛主结构，需满足以下要求： （1）塔身高800mm，顶点高度实际误差不大于±3mm。塔身外形不影响叶轮运转，塔身水平截面的外轮廓为正多边形或圆形； （2）具有足够的承载能力； （3）具有规定的刚度； （4）与塔顶标准发电机底座连接可靠； （5）与塔底标准底座连接可靠。 2.叶片和叶轮 安装完成后，叶轮外轮廓直径不得大于800mm。 三、装置说明 1.发电机

发电机采用CFX-03型标准发电机，质量4470g，底板及立面详见附图。2.风叶连接件 连接件质量300g，详见附图。 3.发电功率测量系统 发电功率测量系统由导线、负载、功率计组成。导线所受风力不能传递到塔身，由支架承受。 4.鼓风机 相关参数见下表 名称新型节能低噪声轴流风机 型号SF7-4 厂家上海金蓝机电设备成套有限公司 功率3kW 转速1400n/min 风量2500m3/h 风速23m/s 全压力340Pa 经实测，风叶连接件（距鼓风机1m处）的风速参考值如下： 档位风速（m/s） W1 4.0 W2 6.8 W3 9.0 5.塔架安装底盘详见附图。 6.塔脚与安装底盘连接螺栓：重量2g/套。 四、材料及制作工具 1.木材 （1）尺寸：长度1000mm，截面有50mm×1mm、2mm×2mm、2mm×6mm、6mm×6mm； （2）性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30MPa。2.胶水：502。

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题： 带屋顶水箱的竹质多层房屋结构 一、竞赛模型 竞赛模型为多层房屋结构模型，采用竹质材料制作，具体结构形式不限。模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个部分，模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现，小振动台系统和屋顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于屋顶，多层结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型示意图 二、模型要求 2.1几何尺寸要求 (1) 底板：多层结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为33cm×33cm×8mm的竹板，底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为100cm，允许误差为±5mm。总高度为模型底板顶面至屋顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括屋顶水箱的高度。模型底面尺寸不得超过22cm ×22cm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。 (3) 楼层数：模型必须至少具有4个楼层，底板视为模型第一层楼板。除第一层以外，每层楼面范围须通过设置于边缘的梁予以明确定义。 (4) 楼层净高：每个楼层净高应不小于22cm。楼层净高是指该楼层主要横向构件顶部

与其相邻的上一楼层主要横向构件底部之间的最小距离。若底板上设置有地梁，则第一层净高需自地梁顶部开始计算；若无地梁则从底板顶面开始计算。柱脚加劲肋、隅撑及其他外立面构件不影响计算楼层净高。 (5) 使用功能要求：楼层应具有足够的承载刚度，各层空间应满足使用功能要求。在模型内部，楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件。模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞。 (6) 楼层有效承载面积：楼层范围为各承重分区最外围楼层梁构件所包络的平面，不包括模型内部核心筒区域。在楼层范围内与楼面构件直接接触的铁块的覆盖面积定义为楼层有效承载面积，模型的总有效承载面积应在600cm2至720cm2的范围之内，且每个楼层的有效承载面积不得小于25 cm2。模型顶面为平面，应满足安全放置水箱的要求。 图2 模型立面示意图(单位：mm) 图3 模型底板示意图(单位：mm) 2.2模型及附加铁块安装要求 (1)利用热熔胶将附加铁块固定在模型除底层以外的各个楼层的楼面结构上，可在楼层上设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出楼层范围且不能直接跟柱接触，若辅助装置或铁块与柱子接触，则该层净高以接触点的高度位置开始计算。 (2) 提供大、小两种规格铁块。大铁块长、宽、高约分别为12cm、6cm与3.2cm，重量为1800g。小铁块的长、宽、高约分别为6.0cm、4.5cm与3.2cm，重量为675g。由于加载设备限制，模型中附加铁块总重量不得超过30kg。

2017年全国大学生电子设计竞赛

2017年全国大学生电子设计竞赛 管道内钢珠运动测量装置（M题） 【高职高专】

摘要： 系统以STC15W4K61S4单片机为主控器，设计一款管道内钢珠运动测量装置。该装置可以获取管道内钢珠滚动的方向，以及倒入管道内钢珠的个数和管道的倾斜角度。并通过LCD12864液晶显示屏实时显示钢珠滚动方向、个数以及管道的倾斜角度。系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、磁力传感器模块、显

示模块、电源模块、采用稳压输出电源为系统提供工作电源。系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。 关键词:角度传感器、磁性接近开关、LCD12864 目录 1设计任务与要求 (1) 1.1设计任务 (1) 1.2技术指标 (1) 1.3题目评析 (1)

2方案比较与选择 (2) 2.1单片机选择 (2) 2.2角度测量选择 (2) 2.3 钢珠运动检测选择 (2) 2.4显示选择 (2) 2.5电源选择 (2) 3电路系统与程序结构设计 (3) 3.1系统硬件总体设计 (3) 3.2单片机最小系统模块设计 (3) 3.3角度传感器模块设计 (3) 3.4 磁性传感器模块设计 (4) 3.5显示模块设计 (4) 3.6电源模块设计 (4) 3.7程序结构与设计 (5) 4系统测试 (5) 5总结 (6) 参考文献及附录 (6)

1设计任务与要求 1.1设计任务 设计并制作一个管道内钢珠运动测量装置，钢珠运动部分的结构如图1.1所示。 1.2技术指标 1．基本要求 规定传感器宽度 w≤20mm，传感器1和2之间的距离l 任意选择。 （1）按照图1.1所示放置管道，由A 端放入2～10粒钢珠，每粒钢珠放入的时 间间隔≤2s，要求装置能够显示放入钢珠的个数。 （2）分别将管道放置为A 端高于B 端或B 端高于A 端，从高端放入1粒钢 珠，要求能够显示钢珠的运动方向。 （3）按照图1.1所示放置管道，倾斜角ɑ为10o～80o之间的某一角度，由A 端放入1粒钢珠，要求装置能够显示倾斜角ɑ的角度值，测量误差的绝对≤3o。 2．发挥部分 设定传感器1和2之间的距离l 为20mm ，传感器1和2在管道外表面上安放的位置不限。 （1）将1粒钢珠放入管道内，堵住两端的管口，摆动管道，摆动周期≤1s ， 摆动方式如图1.2所示，要求能够显示管道摆动的周期个数。 （2）按照图1.1所示放置管道，由A 端一次连续倒入2～10粒钢珠，要求装置 能够显示倒入钢珠的个数。 （4）其他。 3.设计报告。 1.3题目评析 根据设计要求，对题目评析如下： 本题的重点： ① 传感器灵敏度的选择。 ② 用于钢珠运动检测的传感器选择 图1.1：管道内钢珠运动测量装置的结构图 图1.2：管道摆动方式

大学生结构设计竞赛一

大连理工大学第十二届结构设计说明书作品名称龙门吊

目录 一、概念设计 (2) （一）方案构思 (2) （二）结构选型方案比较 (2) 1.设计方案1 (2) 2. 设计方案2 (4) 3. 设计方案3 (5) （三）最终方案详述 (6) 1.整体结构设计 ....................... . (6) 2.详细设计 (7) 3.设计图纸 (8) 二、计算设计 .............................................................................................. (10) （一）静力分析 ..................................................................................... ..10 （二）基本假设 ..................................................................................... ..13 （三）荷载分析 (13) （四）位移分析 (13) （五）承载能力的优化与极大值估算 (15) 三、构造设计 (16) 四．小结 (18)

一、概念设计 （一）方案构思 本次设计竞赛主要有三个方面的技术要求: ①模型制作材料 模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底线）和白胶。不得使用组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格，并在赛会中通报。 ②模型轮廓尺寸限定 模型正立面投影限制在如图1所示阴影范围内；侧立面投影限制在图2所示阴影范围内。提交模型时，参赛学生应使用赛会的固定装置、模型验收模具进行试安装，以确认模型符合尺寸要求，并取得参赛资格。 此外，为保证能够在模型上表面施加移动荷载，模型的上表面应具备足够的硬度及平整度。 ③模型柱脚锚固构造 为保证模型能可靠地锚固于加载试验装置台面，制作模型时，严格按照赛会规定限位器的尺寸制作模型柱脚。 （二）结构选型方案比较 框架结构是指由梁和柱以刚接结或者铰结相连接构成承重体系的结构，即由梁和柱组成框架共同抵抗使用过程中出现的荷载。本次结构设计大赛为正是以框架结构的设计为背景，承受较大竖向荷载，基于这些原则，我们做

全国电子设计大赛优秀报告

精心整理全国电子设计大赛训练项目 设计报告 题目数控通用直流电源 摘要 一、 1．1 1.2 1.3 1.4 二、 2．1系统总框图 (7) 2．2硬件设计 (7) 2．2．1开关稳压电源模块 (7) 2．2．2单片机控制模块 (8) 2．2．3正、负输出可调稳压电源模块 (9) 2．2．4按键模块 (10) 2．3软件设计 (10) 2．3．1主程序流程 (11) 2．3．2过流保护程序流程 (11) 三、测试、结果及分析 (12)

3．1基本功能 (12) 3．2发挥功能部分 (15) 四、总结 (15) 五、参考文献 (15) 附录一、完整的系统原理图 (16) 附录二、完整的系统PCB图 (17) 0.12V, 一、 设计并制作一个直流可调稳压电源。 二、设计要求 1．基本要求 ①用变压器输出的两组17.5V交流绕组，设计三组稳压电源，其中两组3V-15V可调，另一组固定输出＋５Ｖ; ②各组输出电流最大：750mA； ③各组效率大于75%，在500mA输出条件下测量，应在ＤＣ／ＤＣ输入端预留电流测量端； ④为实现程序控制，预留MCU控制接口。 2．发挥部分 ①设置过流保护，保护定值为1.2A； ②用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化；

③扩展输出电压种类（比如三角波、梯形波等）； ④可实现双电源同步调节或分别调节。 一、方案论证与比较 通过对题目的任务、要求进行分析，我们将整个设计划分成两个部分：稳压电源部分和数控部分。 1.1稳压电源部分方案比较 方案一：三端稳压电源 根据设计要求，可以采用三端稳压器来实现输出系统所需的三种直流电压：固定+5V和两组可调输出。其中，用7805实现固定5V的输出，LM317实现可调输出（控制输出电压为1.2~37V）。 电路原理图如下： 图1固定5V输出 7805是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为5v。 图2LM317可调电源模块 在综合考虑LM317的输出电压范围1.25～37V和其最小稳定工作电流不大于5mA的条件下保证R1≤0.83KΩ，R2≤23.74KΩ,就能保证LM317稳压块在空载时能够稳定工作。输出电压：V O =1.25(1+R2/R1),在LM317输出范围为1.25～37V的条件下，R2/R1范围为：0～28.6。 优点：线性电源工作稳定，输出纹波小，且不需做过多调整，使用较为方便，工作安全可靠，适合制作通用型、标称输出的稳压电源。缺点：线性稳压电路的内部功耗大，效率低，散热问题较难解决。 方案二：晶体管串联式直流稳压电路 晶体管串联式直流稳压电路。电路框图如图3所示，该电路中，输出电压UO经取样电路取样后得到取样电压，取样电压与基准电压进行比较得到误差电压，该误差电压对调整管的工作状态进行调整，从而使输出电压发生变化，该变化与由于供电电压UI发生变化引起的输出电压的变化正好相反，从而保证输出电压UO为恒定值（稳压值）。 图3晶体管串联式直流稳压电路方框图 方案三：开关电源 根据设计要求，可选用开关电源来完成设计。LM2596为电路设计核心。 调整管 取样 误差放大 基准电压 辅助电源 UI UO

电子设计大赛看研究生的创新能力.docx

电子设计大赛看研究生的创新能力中国研究生电子设计竞赛(简称研电赛)发起于19XX年，是教育部倡导的“全国研究生创新实践系列活动”主题赛事之一，有着广泛的社会影响力，对提升研究生工程设计能力和推动研究生培养模式的改革发挥了重要作用［1］。研电赛的目的是推动高等院校及科研院所电子信息类研究生培养模式改革与创新，竞赛始终坚持“激励创新，鼓励创业，提高素质，强化实践”的宗旨［2］。竞赛采取题目自拟、时间宽松的竞赛方式，作品覆盖了信号处理、测量与控制、电力电子和通信等电子信息相关领域。研电赛受到了全国各高校的高度重视，电子行业企业也非常看重学生的电子设计竞赛经历，学生参赛踊跃。尽管研电赛呈现出了逐年上升的发展势头，但评审过程中仍暴露出了一系列亟待解决的共性问题:学生们的作品创新不足、缺少创意，对作品的应用定位欠考虑。笔者参加了20XX年东北赛区初赛和全国决赛的评审工作，发现在众多的作品中能够吸引人、富于创意的作品极其少见，多数参赛作品是指导教师的科研项目，作品完整性较好，但缺乏想象力和创造力。透过这些现象，可以发现在研究生培养模式方面仍存在一定问题，还有很多急需的工作要做，还有较长的路要走。 1变被动为主动走自由发展之路 传统培养过程中，研究生主要是辅助指导教师做科研项目、撰写学术范文，指导教师采取布置科研作业的方式开展教学工作。在这个过程中，所做的课题由指导教师来指定，所采用的研究方法也由指导教师来规划，研究生完全处于被动学习的状态，其想象力和创造力很

难得到激发。这一点从研电赛的部分作品中清晰可见:有许多参赛作品就是一个普通的开发项目，其完整性较好，不否认其工作量，但从创新创意的角度看，甚为平常，当问及作品的创新之处时，参赛队员们的回答很难令人满意，更难留下深刻印象。这里暴露出的一个问题就是，研究生在培养过程中缺少主动、自由的土壤，自然无法将其创新潜能发挥到极致。创新需要激情，需要思维发散，需要以兴趣为导向。应该给研究生留有大量的时间去思考、去钻研、去探究。在研究生的培养过程中，应该努力为学生潜能的充分开发创造宽松的环境与氛围，坚持以发展人的主体性和创造性为各项培养工作的核心，鼓励研究生自己提出具有潜在创造性但有一定风险性的课题，鼓励研究生去做有创意的科研课题。在这一过程中指导教师角色也应转变，改变在学生心目中的“老板”形象，变成研究生的科研顾问。当学生遇到难以攻克的问题时，指导教师只需给出大致的解决方向以供参考，而具体的尝试由研究生自己来规划和执行，这样既可以发挥学生的积极性又可以锻炼他们的解决问题能力，同时在创新的道路上锤炼了他们勇于克服困难的顽强意志。 2加强交流走共同进步之路 参赛作品中，有些作品的不足之处，在其它作品中能够找到解决方案，试想如果两个参赛队赛前能交流一下，那么他们都将获得较好的成绩。一个人的认识是有限的，与他人交流有时会得到意想不到的收获。从这一点可以看出交流对于研究生培养起着不可低估的作用。研电赛的一个重要目标是全面提升参赛学生的电子设计创新能力，提

全国电子设计大赛论文-电源设计

一：方案论证 1.系统总体设计方案 根据题目要求，总体设计方案如下：将交流电220V送进隔离变压器，一级输出18V交流电。通过整流滤波，将交流电转为直流电，进行DC-DC升压和降压。副DC-DC实现的降压值为5V，用于给单片机控制系统供电。通过键盘可以对主DC-DC升压的输出电压进行设定和步进调整，并由AD对输出进行采样，通过在单片机内预置的算法对输出进行补偿调整，同时从液晶屏上数字显示出电流和电压值。当开关稳压电源输出电流达到上限时，启动过流保护；当故障排除后，开关电源恢复正常工作。系统总体框图如图1.1所示。 图1.1 系统总体框图 2.主DC-DC升压电路设计方案 DC－DC升压电路采用自举式升压方式，如图1.2所示，当晶体管导通时，电感与电源接地端直接相连，形成回路。随着能量存储到电感的磁场中，流过电感的电流斜线上升，磁力线增强。 当晶体管截止时，磁场开始消失。随着它的减弱，会切割电感的导线，产生一个电压。由于磁场的运动方向与磁场建立时的方向相反，所以感应电压反向。从而实现升压的过程。 晶体管截止时电流方向 图1.2 自举式主DC-DC回路拓扑图 3.控制方法及实现方案 对主DC-DC升压转换器的控制方法采用硬件闭环控制为主、软件补偿和测量相结合的方法对DC-DC的输出进行精确控制。硬件控制采用国家半导体公司的LM2587-ADJ开关电源控制芯片组成对输出主回路的电压闭环控制，实现对系统

的粗调。软件控制选用STC12C5412AD 单片机作为系统控制器，系统的显示、按 键、A/D 、D/A 全部集中在核心控制板上，通过预置算法实现对系统的精调。 4.提高效率的方法及实现方案 1.降低二极管的损耗：二极管一般需要0.7V 的导通电压降。在输出电压为 21.6V 时，二极管要消耗一定的输出功率。而肖特基二极管的导通压降一般为 0.2V ～0.3V ，因此使用这类二极管这能够有效降低其上的功率损耗。 2.降低开关管的损耗：如果将开关管设计在外围电路中，极易由于设计参数 的问题导致开关管部分时间工作在线性区，会引起一定损耗。在设计中，选用 LM2587，它将开关管集成到芯片内部，参数由厂家整定，可以大大减少功耗。 3.减少铜损：铜损是由导线的寄生电阻和电感线圈引起的。实际设计中，选 用横截面积大的铜丝，并采取多股缠绕的方法，减少单位横截面积电阻。 4.减少铁损：引起铁损的原因有两个——磁滞损耗和涡流损耗。在实际操作 中，采用EI 型电感磁芯，并在连接处留有一定空隙。由于存在空气间隙，使之 不易产生磁滞和涡流。 二：电路设计与参数计算 1.主回路器件的选择及参数计算 题目中要求：18V 交流输入时，经转换后输入电压为21.6V （理论计算得出）， 负载端电压为30V~36V 。最大输出电流I omax 为2A ，主DC-DC 升压变换器效率 η≥70%(发挥部分要求达到η≥85%)。据此，在主DC-DC 升压回路中主要用来 实现DC-DC 变换器的器件为LM2587-ADJ 。LM2587-ADJ 内部有一个100kHz 的振荡器，内部开关电流额定值5A ，负载电压V load <65V ，输入电压需保持在 4V~40V ，变换器效率90%，理论上完全满足设计需求。 主DC-DC 回路电路图如图2.1所示，通过改变R 2和R 3的比值即可设定所需 负载电压值。 图2.1 主回路原理图 将反馈电压与内部参考电压1.23V 进行比较： V load =1.23V(1+32R R ) （2-1）

2019年全国大学生电子设计竞赛综合测评题

2019 年全国大学生电子设计竞赛综合测评题 综合测评注意事项 （1）综合测评于2019 年8 月19 日8：00 正式开始，8 月19 日15 ：00 结束。 （2）本科组和高职高专组优秀参赛队共用此题。 （3）综合测评以队为单位采用全封闭方式进行，现场不能上网、不能使用手机。 （4）综合测评结束时，制作的实物及《综合测评测试记录与评分表》由全国专家组委派的专家封存， 交赛区保管。 多信号发生器 使用题目制定综合测评板上的一片LM324AD（四运放）和一片SN74LS00D（四与非门）芯片设计制作一个多路信号发生器，如下图所示。 设计报告应给出方案设计、详细电路图、参数计算和现场自测数据波形（一律手写），综合测评板 编号及 3 个参赛同学签字需在密封线内，限 2 页，与综合测评板一同上交。 u o1 u o2 多信号发生器u o3 1kΩ 19kHz-21kHz （含LM324AD 四运放，U o41kΩ 负载 1kΩ 负载 负载 +5V SN74LS00D四与非门） 1kΩ 负载 U o1————方波 U o2————占空比连续可调窄脉冲 U o3————正弦波 U o4————余弦波 一．约束条件 1. 一片SN74L.S0OD四与非门芯片（综合测评板上自带）; 2. 一片LM324AD四运算放大器芯片（综合测评板上自带）; 3. 赛区提供固定电阻、固定电容、可变电阻元件（数量不限、参数不限）; 4. 赛区提供直流电源。 二．设计任务及指标要求 利用综合测评板和若干电阻、电容元件，设计制作电路产生下列四路信号: 1. 频率为19kHz~2IkHz 连续可调的方波脉冲信号，幅度不小于 3.2V; 2. 与方波同频率的正弦波信号，输出电压失真度不大于5%，峰-峰值(Vpp)不小于1V; 3. 与方波同频率占空比5%~15%连续可调的窄脉冲信号，幅度不小于 3.2V;

全国大学生第四届结构设计大赛赛题

全国大学生第四届结构设计大赛赛题 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

第四届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第四届全国大学生结构设计竞赛委员会 2010. 6. 30 赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、竞赛模型 竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图1给出一示意性结构形式。 图1示意性悬挑屋盖结构 2、模型要求 2.1 下部看台及过渡钢板 看台底面尺寸600mm×800mm（800mm为悬挑方向），高340mm，剖面呈梯形，顶部宽150mm（如图2所示）。看台顶部设有过渡钢板，厚10mm，平面尺寸150mm×600mm。板上设有如图2所示的M4螺栓孔，用于固定挑篷结构。 2.2挑篷结构 挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护材料采用120g布纹纸，由承办方统一提供，各队自行裁剪粘贴。要求

围护材料在外观上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域；即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙（见图3）。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm。 图2 看台平面图及剖面图 图3 悬挑结构示意 为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定：1）在距挑篷前缘60mm区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，不得有明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量； 2）挑篷结构上弦前缘（即图4中的A点）高度不得低于650mm，在挑篷结构的下方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件； 3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。 图4 尺寸限值（图中括号内数字为相对于O点的坐标） 3、加荷方式 采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。 3.1 荷载施加 1）在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移（见图5），记为d1。重物加载条为钢质，截面 20mm×20mm，长600mm，重约1.88kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。