無線環境監測模擬裝置設計

1. 09電子設計大賽猜題

一、任務
設計並製作一個寬頻直流放大器及所用的直流穩壓電源。
二、要求
1．基本要求
（1）電壓增益AV≥40dB，輸入電壓有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范圍內手動連續調節。
（2）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥2V，輸出信號波形無明顯失真。
（3）3dB通頻帶0～5MHz；在0～4MHz通頻帶內增益起伏≤1dB。
（4）放大器的輸入電阻≥50，負載電阻（50±2）。
（5）設計並製作滿足放大器要求所用的直流穩壓電源。
2．發揮部分
（1）最大電壓增益AV≥60dB，輸入電壓有效值Vi≤10 mV。
（2）在AV＝60dB時，輸出端雜訊電壓的峰－峰值VONPP≤0.3V。
（3）3dB通頻帶0～10MHz；在0～9MHz通頻帶內增益起伏≤1dB。
（4）最大輸出電壓正弦波有效值Vo≥10V，輸出信號波形無明顯失真。
（5）進一步降低輸入電壓提高放大器的電壓增益。
（6）電壓增益AV可預置並顯示，預置范圍為0～60dB，步距為5dB（也可以連續調節）；放大器的帶寬可預置並顯示（至少5MHz、 10MHz 兩點）。
（7）降低放大器的製作成本，提高電源效率。
（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

一、任務
設計並製作一個數字幅頻均衡功率放大器。該放大器包括前置放大、帶阻網路、數字幅頻均衡和低頻功率放大電路，其組成框圖如圖1所示。

圖1 數字幅頻均衡功率放大器組成框圖
二、要求
1．基本要求
（1）前置放大電路要求：
a. 小信號電壓放大倍數不小於400倍（輸入正弦信號電壓有效值小於10mV）。
b. -1dB通頻帶為20Hz～20kHz。
c. 輸出電阻為600。
（2）製作帶阻網路對前置放大電路輸出信號v1進行濾波，以10kHz時輸出信號v2電壓幅度為基準，要求最大衰減≥10dB。帶阻網路具體電路見題目說明1。
（3）應用數字信號處理技術，製作數字幅頻均衡電路，對帶阻網路輸出的20Hz～20kHz信號進行幅頻均衡。要求：
a. 輸入電阻為600。
b. 經過數字幅頻均衡處理後，以10kHz時輸出信號v3電壓幅度為基準，通頻帶20Hz～20kHz內的電壓幅度波動在1.5dB以內。
2. 發揮部分
製作功率放大電路，對數字均衡後的輸出信號v3進行功率放大，要求末級功放管採用分立的大功率MOS晶體管。
（1）當輸入正弦信號vi電壓有效值為5mV、功率放大器接8電阻負載（一端接地）時，要求輸出功率≥10W，輸出電壓波形無明顯失真。
（2）功率放大電路的-3dB通頻帶為20Hz～20kHz。
（3）功率放大電路的效率≥60％。
（4）其他。

一、任務
設計並製作一個無線環境監測模擬裝置，實現對周邊溫度和光照信息的探測。該裝置由1個監測終端和不多於255個探測節點組成（實際製作2個）。監測終端和探測節點均含一套無線收發電路，要求具有無線傳輸數據功能，收發共用一個天線。
二、要求
1．基本要求
（1）製作2個探測節點。探測節點有編號預置功能，編碼預置范圍為00000001B～11111111B。探測節點能夠探測其環境溫度和光照信息。溫度測量范圍為0℃～100℃，絕對誤差小於2℃；光照信息僅要求測量光的有無。探測節點採用兩節1.5V干電池串聯，單電源供電。
（2）製作1個監測終端，用外接單電源供電。探測節點分布示意圖如圖1所示。監測終端可以分別與各探測節點直接通信，並能顯示當前能夠通信的探測節點編號及其探測到的環境溫度和光照信息。
（3）無線環境監測模擬裝置的探測時延不大於5s，監測終端天線與探測節點天線的距離D不小於10cm。在0～10cm距離內，各探測節點與監測終端應能正常通信。
2．發揮部分
（1）每個探測節點增加信息的轉發功能，節點轉發功能示意圖如圖2所示。即探測節點B的探測信息，能自動通過探測節點A轉發，以增加監測終端與節點B之間的探測距離D+D1。該轉發功能應自動識別完成，無需手動設置，且探測節點A、B可以互換位置。
（2）在監測終端電源供給功率≤1W，無線環境監測模擬裝置探測時延不大於5s的條件下，使探測距離D+D1達到50cm。
（3）盡量降低各探測節點的功耗，以延長干電池的供電時間。各探測節點應預留干電池供電電流的測試端子。
（4）其他。

2. 全國大學生電子設計競賽的歷屆賽題

第一屆（1994年）全國大學生電子設計競賽
A.簡易數控直流電源
B.多路數據採集系統 第二屆（1995年）全國大學生電子設計競賽
A.實用低頻功率放大器
B.實用信號源的設計和製作
C.簡易無線電遙控系統
D.簡易電阻、電容和電感測試儀 第三屆（1997年）全國大學生電子設計競賽
A.直流穩定電源
B.簡易數字頻率計
C.水溫控制系統
D.調幅廣播收音機 第四屆（1999年）全國大學生電子設計競賽
A.測量放大器
B.數字式工頻有效值多用表
C.頻率特性測試儀
D.短波調頻接收機
E.數字化語音存儲與回放系統 第五屆（2001年）全國大學生電子設計競賽
A.波形發生器
B.簡易數字存儲示波器
C.自動往返電動小汽車
D.高效率音頻功率放大器
E.數據採集與傳輸系統
F.調頻收音機 第六屆（2003年）全國大學生電子設計競賽
A.電壓控制LC振盪器
B.寬頻放大器
C.低頻數字式相位測量儀
D.簡易邏輯分析儀
E.簡易智能電動車
F.液體點滴速度監控裝置 第七屆（2005年）全國大學生電子設計競賽
A.正弦信號發生器
B.集成運放測試儀
C.簡易頻譜分析儀
D.單工無線呼叫系統
E.懸掛運動控制系統
F.數控恆流源
G.三相正弦波變頻電源 第八屆（2007年）全國大學生電子設計競賽
A.音頻信號分析儀
B.無線識別
C.數字示波器
D.程式控制濾波器
E.開關穩壓電源
F.電動車蹺蹺板
G.積分式直流數字電壓表
H.信號發生器
I.可控放大器
J.電動車蹺蹺板 第九屆（2009年）全國大學生電子設計競賽
A.光伏並網發電模擬裝置
B.聲音導引系統
C.寬頻直流放大器
D.無線環境監測模擬裝置
E.電能收集充電器
F.數字幅頻均衡功率放大器
G.低頻功率放大器
H.LED點陣書寫顯示屏
I.模擬路燈控制系統 A.開關電源模塊並聯供電系統
B.基於自由擺的平板控制系統
C.智能小車
D. LC 諧振放大器
E.簡易數字信號傳輸性能分析儀
F.帆板控制系統
G.簡易自動電阻測試儀
H.波形採集、存儲與回放系統 A.單相AC-DC變換電路
B.四旋翼自主飛行器
C.簡易旋轉倒立擺及控制裝置
D.射頻寬頻放大器
E.簡易頻率特性測試儀
F.紅外光通信裝置
G.手寫繪圖板
J.電磁控制運動裝置
K.簡易照明線路探測儀
L.直流穩壓電源及漏電保護裝置 【本科組】雙向DC-DC變換器（A題）風力擺控制系統(B題）多旋翼自主飛行器（C題）增益可控射頻放大器（D題）80MHz-100MHz頻譜分析儀（E題）數字頻率計（F題）短距視頻信號無線通信網路（G題）【高職高專組】LED閃光燈電源（H題）風板控制裝置（I題）小球滾動控制系統（J題）

3. 請問大家誰知道單片機大賽都有你哪些項目啊，比如其中的設計電路，各都包括什麼啊 都不知道從哪學這些知識

參考下面的分析：
電源類題目分析
涉及到的基礎知識與製作能力包含：
交流電源降壓和整流，直流電壓穩壓和調節，單片機，數字顯示與控制等。
交流電源降壓和整流，直流電壓穩壓和調節，恆流電流源，DC-DC 變換器，單片機，數字顯示與控制等。

信號源類題目分析
涉及到的基礎知識與製作能力包含：
實用信號源的設計和製作： RC 振盪器，脈沖振盪器，數字可調電位器，單片機，數字顯示與控制等
波形發生器： 單片機或者可編程邏輯器件，存儲器，數字顯示與控制，濾波器等。電壓控制LC 振盪器：單片機或者可編程邏輯器件，PLL，LC 振盪器，數字顯示與控制，濾波器，高頻功率放大器。

放大器類題目分析
涉及到的基礎知識包含有：
實用低頻功率放大器：電源整流和穩壓，方波信號發生器，低頻功率放大器等。
測量放大器：電源整流和穩壓，信號變換放大器，測量放大器等
高效率音頻功率放大器：電源整流和穩壓，音頻功率放大器等。
寬頻放大器：電源整流和穩壓，AGC，寬頻放大器等。

儀器儀表類題目分析
涉及到的基礎知識包含有：
簡易電阻、電容和電感測試儀：
電阻、電容和電感參數變換，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
簡易數字頻率計：信號變換與檢測，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
頻率特性測試儀：信號變換與檢測，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
數字式工頻有效值多用表：電壓電流變換與檢測，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
簡易數字存儲示波器：A/D 和D/A，單片機或者可編程邏輯器件，存儲器，數字顯示等。
低頻數字式相位測量儀：相位檢測，A/D 和D/A 變換，單片機或者可編程邏輯器件，存儲器，RC 移相網路，數字顯示等。
簡易邏輯分析儀：單片機或者可編程邏輯器件，存儲器，數字顯示等。

數據採集與處理類題目分析
涉及到的基礎知識包含有：
多路數據採集系統： A/D 變換，單片機或者可編程邏輯器件，存儲器，數字顯示等。
數字化語音存儲與回放系統：A/D 和D/A 變換、單片機或者可編程邏輯器件、存儲器和數字顯示等。
數據採集與傳輸系統： A/D 變換、雜訊模擬發生器、調制與解調、單片機或者可編程邏輯器件、存儲器和數字顯示等。

控制類題目分析
涉及到的基礎知識包含有：
水溫控制系統：溫度檢測電路，加熱器控制電路，A/D 和D/A 變換，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
自動往返電動小汽車光電檢測電路，電機控制電路，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
簡易智能電動車：光電、金屬、超聲波檢測電路，電機控制電路，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
液體點滴速度監控裝置：光電檢測電路，步進電機控制電路，單片機或者可編程邏輯器件，數字顯示等。
附錄：歷屆全國大學生電子設計競賽題目
94 年:
簡易數控直流電源
多路數據採集系統
95 年：
實用低頻功率放大器
實用信號源的設計和製作
簡易無線電遙控系統
簡易電阻、電容、電感測試儀
97 年：
直流穩壓電源
簡易數字頻率計
水溫控制系統
調幅廣播收音機
99 年：
測量放大器
數字式工頻有效值多用表
頻率特性測試儀
短波調頻接收機
01 年：
波形發生器
簡易數字存儲示波器
自動往返電動小汽車
高效率音頻功率放大器
數據採集與傳輸系統
調頻收音機
03 年：
電壓控制LC 振盪器
寬頻放大器
低頻數字式相位測量儀
簡易邏輯分析儀
簡易自動電動車
液體點滴速度監控裝置
05 年：
正弦信號發生器
集成運放參數測試儀
簡易頻譜分析儀
單工無線呼叫系統
懸掛運動控制系統
數控直流電流源
三相正弦波變頻電源
07 年：
音頻信號分析儀
無線識別裝置
數字示波器
程式控制濾波器
開關穩壓電源
電動車蹺蹺板
09 年：
光伏並網發電模擬裝置
聲音導引系統
寬頻直流放大器
無線環境監測模擬裝置
電能收集充電器
數字幅頻均衡的功率放大器

跟著學校的師兄，從最基礎模塊練起，一點點掌握。

4. 畢業設計：基於嵌入式系統的無線環境監測機器人的硬體電路設計

摘要 在工業上，自動控制系統有著廣泛的應用，如工業自動化機床控制，計算機系統，機器人等。而工業機器人是相對較新的電子設備，它正開始改變現代化工業面貌。本設計為三自由度圓柱坐標型工業機器人，其工作方向為兩個直線方向和一個旋轉方向。在控制器的作用下，它執行將工件從一條流水線拿到另一條流水線這一簡單的動作,本文是對整個設計工作較全面的介紹和總結。關鍵詞：三自由度，圓柱坐標，工業機器人第一章 緒論 機器人工程是近二十多年來迅速發展起來的綜合學科。它集中了機械工程、電子工程、計算機工程、自動控制工程以及人工智慧等多種學科的最新研究成果，是當代科學技術發展最活躍的領域之一，也是我 國科技界跟蹤國際高科技發展的重要方面。工業機器人的研究、製造和應用水平，是一個國家科技水平和經濟實力的象徵，正受到許多國家的廣泛重視。目前，工業機器人的定義，世界各國尚未統一，分類也不盡相同。最近聯合國國際標准化組織採納了美國機器人協會給工業機器人下的定義：工業機器人是一種可重復編程的多功能操作裝置，可以通過改變動作程序，來完成各種工作，主要用於搬運材料，傳遞工件。參考國外的定義，結合我國的習慣用語，對工業機器人作如下定義：工業機器人是一種機體獨立，動作自由度較多，程序可靈活變更，能任意定位，自動化程度高的自動操作機械。主要用於加工自動線和柔性製造系統中傳遞和裝卸工件或夾具。工業機器人以剛性高的手臂為主體，與人相比，可以有更快的運動速度，可以搬運更重的東西，而且定位精度相當高，它可以根據外部來的信號，自動進行各種操作。工業機器人的發展，由簡單到復雜，由初級到高級逐步完善，它的發展過程可分為三代：第一代工業機器人就是目前工業中大量使用的示教再現型工業機器人，它主要由手部、臂部、驅動系統和控制系統組成。它的控制方式比較簡單，應用在線編程，即通過示教存貯信息，工作時讀出這些信息，向執行機構發出指令，執行機構按指令再現示教的操作。第二代機器人是帶感覺的機器人。它具有尋力覺、觸覺、視覺等進行反饋的能力。其控制方式較第一代工業機器人要復雜得多，這種機器人從1980年開始進入了實用階段，不久即將普及應用。第三代工業機器人即智能機器人。這種機器人除了具有觸覺、視覺等功能外，還能夠根據人給出的指令認識自身和周圍的環境，識別對象的有無及其狀態，再根據這一識別自動選擇程序進行操作，完成規定的任務。並且能跟蹤工作對象的變化，具有適應工作環境的功能。這種機器人還處於研製階段，尚未大量投入工業應用。 第2章 工業機器人的總體設計 2.1 工業機器人的組成及各部分關系概述 圖2-1 工業機器人的組成圖 它主要由機械繫統(執行系統、驅動系統)、控制檢測系統及智能系統組成。A、執行系統：執行系統是工業機器人完成抓取工件，實現各種運動所必需的機械部件，它包括手部、腕部、機身等。（1） 手部：又稱手爪或抓取機構，它直接抓取工件或夾具。（2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調整或改變手部的工作方位。（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負荷，並把它傳遞到預定的位置。（4） 機身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉、升降或俯仰運動。B、 驅動系統：為執行系統各部件提供動力，並驅動其動力的裝置。常用的機械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。C、 控制系統：通過對驅動系統的控制，使執行系統按照規定的要求進行工作，當發生錯誤或故障時發出報警信號。D、檢測系統：作用是通過各種檢測裝置、感測裝置檢測執行機構的運動情況，根據需要反饋給控制系統，與設定進行比較，以保證運動符合要求。 2.2工業機器人的設計分析2.2.1 設計要求綜合運用所學知識,搜集有關資料獨立完成三自由度圓柱坐標型工業機器人操作機和驅動單元的設計工作。原始數據：自動線上有Ａ，Ｂ兩條輸送帶之間距離為1.5m，需設計工業機器人將一零件從A帶送到B帶。零件尺寸：內孔 ￠100，壁厚 10，高 100。零件材料：45鋼。2.2.2 總體方案擬定 在工業機器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實現的技術基礎是精巧的機械結構設計和良好的伺服控制驅動。本次設計就是在這一思維下展開的。根據設計內容和需求確定圓柱坐標型工業機器人，利用步進電機驅動和諧波齒輪傳動來實現機器人的旋轉運動；利用另一台步進電機驅動滾珠絲杠旋轉，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實現上下運動；考慮到本設計中的機器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅動實現手臂的伸縮運動；末端夾持器則採用內撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅動夾緊。圖2-3 機器人外形圖2.2.3工業機器人主要技術性能參數工業機器人的技術參數是說明其規格和性能的具體指標。主要技術參數有如下：A、抓取重量：抓取重量是用來表明機器人負荷能力的技術參數，這是一項主要參數。這項參數與機器人的運動速度有關，一般是指在正常速度下所抓取的重量。B、 抓取工件的極限尺寸：抓取工件的極限尺寸是用來表明機器人抓取功能的技術參數，它是設計手部的基礎。C、 坐標形式和自由度：說明機器人機身、手部、腕部等共有的自由度數及它們組成的坐標系特徵。D、運動行程范圍：指執行機構直線移動距離或回轉角度的范圍，即各運動自由度的運動量。根據運動行程范圍和坐標形式就可確定機器人的工作范圍。E、 運動速度：是反映機器人性能的重要參數。通常所指的運動速度是機器人的最大運動速度。它與抓取重量、定位精度等參數密切有關，互相影響。目前，國內外機器人的最大直線移動速度為1000mm/s左右，一般為200～400mm/s；回轉速度最大為180