无线环境监测模拟装置设计

1. 09电子设计大赛猜题

一、任务
设计并制作一个宽带直流放大器及所用的直流稳压电源。
二、要求
1．基本要求
（1）电压增益AV≥40dB，输入电压有效值Vi≤20mV。AV可在0～40dB范围内手动连续调节。
（2）最大输出电压正弦波有效值Vo≥2V，输出信号波形无明显失真。
（3）3dB通频带0～5MHz；在0～4MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4）放大器的输入电阻≥50，负载电阻（50±2）。
（5）设计并制作满足放大器要求所用的直流稳压电源。
2．发挥部分
（1）最大电压增益AV≥60dB，输入电压有效值Vi≤10 mV。
（2）在AV＝60dB时，输出端噪声电压的峰－峰值VONPP≤0.3V。
（3）3dB通频带0～10MHz；在0～9MHz通频带内增益起伏≤1dB。
（4）最大输出电压正弦波有效值Vo≥10V，输出信号波形无明显失真。
（5）进一步降低输入电压提高放大器的电压增益。
（6）电压增益AV可预置并显示，预置范围为0～60dB，步距为5dB（也可以连续调节）；放大器的带宽可预置并显示（至少5MHz、 10MHz 两点）。
（7）降低放大器的制作成本，提高电源效率。
（8）其他（例如改善放大器性能的其它措施等）。

一、任务
设计并制作一个数字幅频均衡功率放大器。该放大器包括前置放大、带阻网络、数字幅频均衡和低频功率放大电路，其组成框图如图1所示。

图1 数字幅频均衡功率放大器组成框图
二、要求
1．基本要求
（1）前置放大电路要求：
a. 小信号电压放大倍数不小于400倍（输入正弦信号电压有效值小于10mV）。
b. -1dB通频带为20Hz～20kHz。
c. 输出电阻为600。
（2）制作带阻网络对前置放大电路输出信号v1进行滤波，以10kHz时输出信号v2电压幅度为基准，要求最大衰减≥10dB。带阻网络具体电路见题目说明1。
（3）应用数字信号处理技术，制作数字幅频均衡电路，对带阻网络输出的20Hz～20kHz信号进行幅频均衡。要求：
a. 输入电阻为600。
b. 经过数字幅频均衡处理后，以10kHz时输出信号v3电压幅度为基准，通频带20Hz～20kHz内的电压幅度波动在1.5dB以内。
2. 发挥部分
制作功率放大电路，对数字均衡后的输出信号v3进行功率放大，要求末级功放管采用分立的大功率MOS晶体管。
（1）当输入正弦信号vi电压有效值为5mV、功率放大器接8电阻负载（一端接地）时，要求输出功率≥10W，输出电压波形无明显失真。
（2）功率放大电路的-3dB通频带为20Hz～20kHz。
（3）功率放大电路的效率≥60％。
（4）其他。

一、任务
设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。
二、要求
1．基本要求
（1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。
（2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。
（3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。
2．发挥部分
（1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。
（2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。
（3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。
（4）其他。

2. 全国大学生电子设计竞赛的历届赛题

第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛
A.简易数控直流电源
B.多路数据采集系统 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛
A.实用低频功率放大器
B.实用信号源的设计和制作
C.简易无线电遥控系统
D.简易电阻、电容和电感测试仪 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛
A.直流稳定电源
B.简易数字频率计
C.水温控制系统
D.调幅广播收音机 第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛
A.测量放大器
B.数字式工频有效值多用表
C.频率特性测试仪
D.短波调频接收机
E.数字化语音存储与回放系统 第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛
A.波形发生器
B.简易数字存储示波器
C.自动往返电动小汽车
D.高效率音频功率放大器
E.数据采集与传输系统
F.调频收音机 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛
A.电压控制LC振荡器
B.宽带放大器
C.低频数字式相位测量仪
D.简易逻辑分析仪
E.简易智能电动车
F.液体点滴速度监控装置 第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛
A.正弦信号发生器
B.集成运放测试仪
C.简易频谱分析仪
D.单工无线呼叫系统
E.悬挂运动控制系统
F.数控恒流源
G.三相正弦波变频电源 第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛
A.音频信号分析仪
B.无线识别
C.数字示波器
D.程控滤波器
E.开关稳压电源
F.电动车跷跷板
G.积分式直流数字电压表
H.信号发生器
I.可控放大器
J.电动车跷跷板 第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛
A.光伏并网发电模拟装置
B.声音导引系统
C.宽带直流放大器
D.无线环境监测模拟装置
E.电能收集充电器
F.数字幅频均衡功率放大器
G.低频功率放大器
H.LED点阵书写显示屏
I.模拟路灯控制系统 A.开关电源模块并联供电系统
B.基于自由摆的平板控制系统
C.智能小车
D. LC 谐振放大器
E.简易数字信号传输性能分析仪
F.帆板控制系统
G.简易自动电阻测试仪
H.波形采集、存储与回放系统 A.单相AC-DC变换电路
B.四旋翼自主飞行器
C.简易旋转倒立摆及控制装置
D.射频宽带放大器
E.简易频率特性测试仪
F.红外光通信装置
G.手写绘图板
J.电磁控制运动装置
K.简易照明线路探测仪
L.直流稳压电源及漏电保护装置 【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）

3. 请问大家谁知道单片机大赛都有你哪些项目啊，比如其中的设计电路，各都包括什么啊 都不知道从哪学这些知识

参考下面的分析：
电源类题目分析
涉及到的基础知识与制作能力包含：
交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，单片机，数字显示与控制等。
交流电源降压和整流，直流电压稳压和调节，恒流电流源，DC-DC 变换器，单片机，数字显示与控制等。

信号源类题目分析
涉及到的基础知识与制作能力包含：
实用信号源的设计和制作： RC 振荡器，脉冲振荡器，数字可调电位器，单片机，数字显示与控制等
波形发生器： 单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示与控制，滤波器等。电压控制LC 振荡器：单片机或者可编程逻辑器件，PLL，LC 振荡器，数字显示与控制，滤波器，高频功率放大器。

放大器类题目分析
涉及到的基础知识包含有：
实用低频功率放大器：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。
测量放大器：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等
高效率音频功率放大器：电源整流和稳压，音频功率放大器等。
宽带放大器：电源整流和稳压，AGC，宽带放大器等。

仪器仪表类题目分析
涉及到的基础知识包含有：
简易电阻、电容和电感测试仪：
电阻、电容和电感参数变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
简易数字频率计：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
频率特性测试仪：信号变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
数字式工频有效值多用表：电压电流变换与检测，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
简易数字存储示波器：A/D 和D/A，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。
低频数字式相位测量仪：相位检测，A/D 和D/A 变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，RC 移相网络，数字显示等。
简易逻辑分析仪：单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。

数据采集与处理类题目分析
涉及到的基础知识包含有：
多路数据采集系统： A/D 变换，单片机或者可编程逻辑器件，存储器，数字显示等。
数字化语音存储与回放系统：A/D 和D/A 变换、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。
数据采集与传输系统： A/D 变换、噪声模拟发生器、调制与解调、单片机或者可编程逻辑器件、存储器和数字显示等。

控制类题目分析
涉及到的基础知识包含有：
水温控制系统：温度检测电路，加热器控制电路，A/D 和D/A 变换，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
自动往返电动小汽车光电检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
简易智能电动车：光电、金属、超声波检测电路，电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
液体点滴速度监控装置：光电检测电路，步进电机控制电路，单片机或者可编程逻辑器件，数字显示等。
附录：历届全国大学生电子设计竞赛题目
94 年:
简易数控直流电源
多路数据采集系统
95 年：
实用低频功率放大器
实用信号源的设计和制作
简易无线电遥控系统
简易电阻、电容、电感测试仪
97 年：
直流稳压电源
简易数字频率计
水温控制系统
调幅广播收音机
99 年：
测量放大器
数字式工频有效值多用表
频率特性测试仪
短波调频接收机
01 年：
波形发生器
简易数字存储示波器
自动往返电动小汽车
高效率音频功率放大器
数据采集与传输系统
调频收音机
03 年：
电压控制LC 振荡器
宽带放大器
低频数字式相位测量仪
简易逻辑分析仪
简易自动电动车
液体点滴速度监控装置
05 年：
正弦信号发生器
集成运放参数测试仪
简易频谱分析仪
单工无线呼叫系统
悬挂运动控制系统
数控直流电流源
三相正弦波变频电源
07 年：
音频信号分析仪
无线识别装置
数字示波器
程控滤波器
开关稳压电源
电动车跷跷板
09 年：
光伏并网发电模拟装置
声音导引系统
宽带直流放大器
无线环境监测模拟装置
电能收集充电器
数字幅频均衡的功率放大器

跟着学校的师兄，从最基础模块练起，一点点掌握。

4. 毕业设计：基于嵌入式系统的无线环境监测机器人的硬件电路设计

摘要 在工业上，自动控制系统有着广泛的应用，如工业自动化机床控制，计算机系统，机器人等。而工业机器人是相对较新的电子设备，它正开始改变现代化工业面貌。本设计为三自由度圆柱坐标型工业机器人，其工作方向为两个直线方向和一个旋转方向。在控制器的作用下，它执行将工件从一条流水线拿到另一条流水线这一简单的动作,本文是对整个设计工作较全面的介绍和总结。关键词：三自由度，圆柱坐标，工业机器人第一章 绪论 机器人工程是近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，是当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我 国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，是一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。目前，工业机器人的定义，世界各国尚未统一，分类也不尽相同。最近联合国国际标准化组织采纳了美国机器人协会给工业机器人下的定义：工业机器人是一种可重复编程的多功能操作装置，可以通过改变动作程序，来完成各种工作，主要用于搬运材料，传递工件。参考国外的定义，结合我国的习惯用语，对工业机器人作如下定义：工业机器人是一种机体独立，动作自由度较多，程序可灵活变更，能任意定位，自动化程度高的自动操作机械。主要用于加工自动线和柔性制造系统中传递和装卸工件或夹具。工业机器人以刚性高的手臂为主体，与人相比，可以有更快的运动速度，可以搬运更重的东西，而且定位精度相当高，它可以根据外部来的信号，自动进行各种操作。工业机器人的发展，由简单到复杂，由初级到高级逐步完善，它的发展过程可分为三代：第一代工业机器人就是目前工业中大量使用的示教再现型工业机器人，它主要由手部、臂部、驱动系统和控制系统组成。它的控制方式比较简单，应用在线编程，即通过示教存贮信息，工作时读出这些信息，向执行机构发出指令，执行机构按指令再现示教的操作。第二代机器人是带感觉的机器人。它具有寻力觉、触觉、视觉等进行反馈的能力。其控制方式较第一代工业机器人要复杂得多，这种机器人从1980年开始进入了实用阶段，不久即将普及应用。第三代工业机器人即智能机器人。这种机器人除了具有触觉、视觉等功能外，还能够根据人给出的指令认识自身和周围的环境，识别对象的有无及其状态，再根据这一识别自动选择程序进行操作，完成规定的任务。并且能跟踪工作对象的变化，具有适应工作环境的功能。这种机器人还处于研制阶段，尚未大量投入工业应用。 第2章 工业机器人的总体设计 2.1 工业机器人的组成及各部分关系概述 图2-1 工业机器人的组成图 它主要由机械系统(执行系统、驱动系统)、控制检测系统及智能系统组成。A、执行系统：执行系统是工业机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身等。（1） 手部：又称手爪或抓取机构，它直接抓取工件或夹具。（2） 腕部：又称手腕，是连接手部和臂部的部件，其作用是调整或改变手部的工作方位。（3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的负荷，并把它传递到预定的位置。（4） 机身：是支承手臂的部件，其作用是带动臂部自转、升降或俯仰运动。B、 驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。C、 控制系统：通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。D、检测系统：作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。 2.2工业机器人的设计分析2.2.1 设计要求综合运用所学知识,搜集有关资料独立完成三自由度圆柱坐标型工业机器人操作机和驱动单元的设计工作。原始数据：自动线上有Ａ，Ｂ两条输送带之间距离为1.5m，需设计工业机器人将一零件从A带送到B带。零件尺寸：内孔 ￠100，壁厚 10，高 100。零件材料：45钢。2.2.2 总体方案拟定 在工业机器人的诸多功能中，抓取和移动是最主要的功能。这两项功能实现的技术基础是精巧的机械结构设计和良好的伺服控制驱动。本次设计就是在这一思维下展开的。根据设计内容和需求确定圆柱坐标型工业机器人，利用步进电机驱动和谐波齿轮传动来实现机器人的旋转运动；利用另一台步进电机驱动滚珠丝杠旋转，从而使与滚珠丝杠螺母副固连在一起的手臂实现上下运动；考虑到本设计中的机器人工作范围不大，故利用液压缸驱动实现手臂的伸缩运动；末端夹持器则采用内撑连杆杠杆式夹持器，用小型液压缸驱动夹紧。图2-3 机器人外形图2.2.3工业机器人主要技术性能参数工业机器人的技术参数是说明其规格和性能的具体指标。主要技术参数有如下：A、抓取重量：抓取重量是用来表明机器人负荷能力的技术参数，这是一项主要参数。这项参数与机器人的运动速度有关，一般是指在正常速度下所抓取的重量。B、 抓取工件的极限尺寸：抓取工件的极限尺寸是用来表明机器人抓取功能的技术参数，它是设计手部的基础。C、 坐标形式和自由度：说明机器人机身、手部、腕部等共有的自由度数及它们组成的坐标系特征。D、运动行程范围：指执行机构直线移动距离或回转角度的范围，即各运动自由度的运动量。根据运动行程范围和坐标形式就可确定机器人的工作范围。E、 运动速度：是反映机器人性能的重要参数。通常所指的运动速度是机器人的最大运动速度。它与抓取重量、定位精度等参数密切有关，互相影响。目前，国内外机器人的最大直线移动速度为1000mm/s左右，一般为200～400mm/s；回转速度最大为180