一、设计任务  

设计并制作一个浴室用智能排气扇，能够实现：自动检测热水的开停，自动检测煤气是否泄漏，排气扇故障自我检测等控制功能。

二、要求

1、基本要求

（1）能够对固定点的热水的开、停进行检测；

（2）热水开启的时候，根据室温的高低控制排气扇运转强弱；热水停的时候，排气扇能够根据设定的延时时间停止。

（3）室内温度，湿度的检测。

（4）风扇堵转或者故障自动检测。

（5）具备本地控制方式。

2、提高部分

（1）排气扇的无级调速。

（2）能够对多点以及移动的热水水源的开停进行检测。

（3）一氧化碳或煤气等有毒气体检测，强制排气。

（4）安装简易，成本控制。

（5）其他。

三、说明

1、控制器主板自制。

3、电机采用交流电机。

四、评分标准

一、任务

设计并制作一个基于32×32点阵LED模块的书写显示屏，其系统结构如图1所示。在控制器的管理下，LED点阵模块显示屏工作在人眼不易觉察的扫描微亮和人眼可见的显示点亮模式下；当光笔触及LED点阵模块表面时，先由光笔检测触及位置处LED点的扫描微亮以获取其行列坐标，再依据功能需求决定该坐标处的LED是否点亮至人眼可见的显示状态（如图1中光笔接触处的深色LED点已被点亮），从而在屏上实现“点亮、划亮、反显、整屏擦除、笔画擦除、连写多字、对象拖移”等书写显示功能。

图1  LED点阵书写显示屏系统结构示意图

二、要求

1．基本要求

（1）在“点亮”功能下，当光笔接触屏上某点LED时，能即时点亮该点LED，并在控制器上同步显示该点LED的行列坐标值（左上角定为行列坐标原点）。

（2）在“划亮”功能下，当光笔在屏上快速划过时，能同步点亮划过的各点LED，其速度要求2s内能划过并点亮40点LED。

（3）在“反显”功能下，能对屏上显示的信息实现反相显示（即：字体笔画处不亮，无笔画处高亮）。

（4）在“整屏擦除”功能下，能实现对屏上所显示信息的整屏擦除。

2．发挥部分

（1）在“笔画擦除”功能下，能用光笔擦除屏上所显汉字的笔画。

（2）在“连写多字”功能下，能结合自选的擦除方式，在30s内在屏上以“划亮”方式逐个写出四个汉字（总笔画数不大于30）且存入机内，写完后再将所存四字在屏上逐个轮流显示。

（3）在“对象拖移”功能下，能用光笔将选定显示内容在屏上进行拖移。先用光笔以“划亮”方式在屏上圈定欲拖移显示对象，再用光笔将该对象拖移到屏上另一位置。

（4）当环境光强改变时，能自动连续调节屏上显示亮度。

（5）当光笔连续未接触屏面的时间超过1～5min时(此时间可由控制器设定)，能自动关闭屏上显示，并使整个系统进入休眠状态，此时系统工作电流应不大于5mA。

（6）其他。

三、说明

1．设计制作时所用LED点阵模块的发光颜色不限。

2．各种功能的切换方式自定，但应力求操作简便。

3．在各种功能的实际操作过程中，必要时可用按键或其他控制方式进行辅助。例如，“连写多字”时，写完一字后用自定义控制方式存入该字并清屏，然后再写下一字。

4．系统应采用5V单电源供电。

5．设计制作时应在电路板上留有系统耗电参数的测试点。

6．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用附件给出。 

四、评分标准

 3、电能收集充电器

一、任务

设计并制作一个电能收集充电器，充电器及测试原理示意图如图1。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数可以不同。监测和控制电路由直流电源变换器供电。由于Es的变化极慢，监测和控制电路应该采用间歇工作方式，以降低其能耗。可充电池的电动势Ec=3.6V，内阻Rc=0.1Ω。

二、要求

1、基本要求

（1）在Rs=100Ω，Es=10V～20V时，充电电流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。

（2）在Rs=100Ω时，能向电池充电的Es尽可能低。

（3）Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能的Es尽可能低。

（4）Es降低到不能向电池充电，{zd1}至0时，尽量降低电池放电电流。

（5）监测和控制电路工作间歇设定范围为 0.1 s～5s。

2、发挥部分

（1）在Rs=1Ω，Es=1.2V～3.6V时，以尽可能大的电流向电池充电。

（2）能向电池充电的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；

当Es＜1.1V时，取Rs =0.1Ω。

（3）电池xx放电，Es从0逐渐升高时，能自动启动充电功能（充电输出端开路电压

＞3.6V，短路电流＞0）的Es尽可能低。当Es≥1.1V时，取Rs =1Ω；当Es＜1.1V时，取Rs=0.1Ω。

（4）Es采用太阳电池，实现对模拟可充电池进行充电。

（5）具备太阳电池{zd0}功率跟踪功能。

（6）其他。

三、说明

1．测试{zd1}可充电Es的方法：逐渐降低Es，直到充电电流Ic略大于0。当Es高于3.6V时，Rs为100Ω；Es低于3.6V时，更换Rs为1Ω；Es降低到1.1V以下时，更换Rs为0.1Ω。然后继续降低Es，直到满足要求。

2．测试自动启动充电功能的方法：从0开始逐渐升高Es，Rs为0.1Ω；当Es升高到高于1.1V时，更换Rs为1Ω。然后继续升高Es，直到满足要求。

四、评分标准

一、任务

设计并制作一个可以测量单相交流电参数的功率因数测量装置。

二、要求

1．基本要求

（1）可以直接测量并显示被测的单相交流电的功率因数；

（2）可以直接测量并显示被测的单相交流电的电压、电流有效值。

（3）不得使用专用传感器完成。

（4）功率因数大于1、小于1或等于1时有相应的指示灯显示。

（5）精度小数点后1位。

2．发挥部分

（1）有过电压、过电流保护。

（2）功率因数低时能提示如何提高，如提示并联的电容容量多少。

（3）功率因数高时能提示如何调整。

（4）能实时显示负载的有功功率。 

（5）功率因数精度小数点后3位。

（6）降低制作成本，提高效率。

（7）其他（例如自动改善功率因数等其它措施）。

三、说明

　1、在正弦交流电路中，无源一端口网络吸收的有功功率并不等于UI，而是等于 ，其中 称为负载的功率因数， 是负载电压与电流的相位差，称为功率因数角。在电压相同的情况下，线路传输一定的有功功率，如果功率因数 越小，则传输的电流就越大，传输线路上的损耗也就越大。负载功率因数过低，一方面不能充分利用电源容量，另一方面又在输电线路中增加了损耗，降低了传输效率。因此在工程上为了减少线路上的损耗，提高设备的利用率，供电部门总是要求用户尽量提高用电设备的功率因数。

　　2、负载电压与电流相位差的存在，是因为负载中有电感或电容元件的存在。日常生活中的负载大多是感性负载，例如驱动用的电动机，日光灯中的镇流器等等，它们的功率因数一般都较低。因此要提高负载的功率因数，可以采用在负载两端并联电容器的方法进行补偿，但补偿电容必须选择合理，不能太大，否则当负载呈现容性时，有可能使功率因数反而降低。

四、评分标准

 5、智能小车控制系统

一、任务：设计一个智能小车控制系统，小车行车路线图1所示，要求控制一辆玩具模型小车能够按要求指定的路线行驶。

二、要求：

（1）基本要求：小车行车路线图1所示，要求控制一辆玩具模型小车从起点1前进，通过一进一退的方式，将小车停入甲库中，完成侧方停车。然后从甲库驶出前进至终点1。具体要求如下：

  1、小车能够从起点1前进，完成要求中的“一进”；

  2、小车能够从后退，完成要求中的“一退”；

  3、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将车停正于甲库中；

  4、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将车前进至终点1。

  5、小车能够在2分钟内完成要求。

（2）发挥要求：小车从终点1直线行驶到起点2，然后按图1路线所示，倒入乙库停正，再经过二进二退移位到丙库停正，前进穿过乙库至路上，倒入丙库停正，前进返回起点2。具体要求如下：

  1、小车能够从终点1直线行驶到起点2；

  2、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将倒入乙库停正；

  3、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下经过二进二退移位到丙库停正；

  4、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下前进穿过乙库至路上；

  5、小车能够在车轮不轧碰车道边线、库位边线的情况下将倒入丙库停正；

  6、小车能够在车轮不轧车库的外边线情况下前进至起点2；

  7、小车能够在3分钟内完成要求。

三、说明：

1、小车的长度不得小于15cm，宽度不得小于10cm，必须是4轮小车。不得采用遥控或者线控的方式操作小车。

2、图1中实线箭头为小车前进线，虚线箭头为小车倒车线。场地为白底黑线，黑线宽度为1cm。

3、各线长度，线距标示如图1所示。

四、评分标准

一、任务

设计并制作一个家居无线生物探测装置，实现对生物体信息的探测，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2~3个）。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。探测节点能够探测生物体温度信息。温度测量范围为35～42℃，{jd1}误差小于0.5℃；生物体移动位置的探测，{jd1}误差小于1米。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。

（3）单次探测时延不大于5秒，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10厘米。在10米距离内，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。

（4）能监测生物体当时体温，1米范围内体温误差不大于0.3度。

三、说明

1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。

2．生物体监测利用红外热释电传感器，其放大采集电路要求自己设计，不得使用现成模块。发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。

3．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、重要的源程序用附件给出。

四、评分标准