A題 單相交流電子負載

一、任務
設計并制作如圖所示的單相交流電子負載，其中負載特性模擬單元可模擬電阻性、電感性、電容性負載，能量回饋單元能將盡可能多的能量以50Hz交流電回饋。

二、要求
（1）模擬電阻性負載，電子負載輸入為U1=30V， I1=2A。（15分）
（2）模擬電感性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，輸入側功率因數cosφ1能根據數字設定在0.50～1.00范圍內自動調整。（25分）
（3）模擬電容性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，輸入側功率因數cosφ1能根據數字設定在0.50～1.00范圍內自動調整。（25分）
（4）模擬電阻性負載，電子負載輸入為U1=30V，I1=2A，測電子負載的輸入功率P1和回饋功率P2，ΔP= P1- P2，要求ΔP越小越好。（25分）
（5）其他。（10分）
（6）設計報告。（20分）

三、說明
（1）為簡化題目、方便測試，電子負載回饋的能量由電阻性負載消耗。
（2）圖中的交流電源為50Hz正弦波交流電，其形式不限，但應做好隔離等措施，確保電氣安全。
（3）為方便測試要求（4），交流電子負載僅由圖中的交流電源供電。
（4）題中所有交流參數均為有效值。
（5）電子負載的輸入功率P1= U1I1cosφ1、輸出功率P2= U2I2cosφ2，其中cosφ1為電子負載輸入側的功率因數，cosφ2為電子負載回饋側的功率因數。
（6）電路制作時應考慮測試方便，合理設置測試點。

B題 送貨無人機

一、任務
設計一基于多旋翼飛行器的送貨無人機，能夠根據不同的要求，向指定的目標地點運送貨物。根據作業區域示意圖，有起飛降落點和多個具有不同特征的目標地點。
送貨無人機上需安裝一可升降吊艙，吊艙重量50±5g，升降范圍60±10cm；起飛、飛行過程中，吊艙緊貼無人機機腹；到達目標地點上方，無人機下降懸停，并將吊艙降至距離地面一定高度，送貨操作完成后恢復到巡航高度飛行。無人機上需安裝揚聲器，可播放語音提示信息；無人機安裝垂直向下的激光筆，用以標識航跡。

二、要求
1. 無人機可按照現場設置的目標位置信息，對2個指定位置的目標地點完成送貨作業。目標地點位置信息坐標可用無人機上攜帶的鍵盤設置。
（1）無人機在“十”字起降點垂直起飛，升空至150±10cm的巡航高度；（5分）
（2）根據現場設置的送貨目標，先后依次飛行抵達目標地點上方，無人機降低飛行高度到80±10cm；（16分）
（3）無人機放出吊艙，吊艙降至距地面20±5cm高度，并保持穩定懸停5秒，完成送貨作業，期間播放提醒目標點收貨的語音；懸停期間，標識無人機位置的激光筆光斑落在以目標中心為圓心、半徑15cm的圓內；（20分）
（4）作業完成后飛行到起降點穩定準確降落，無人機幾何中心點與起降點中心距離偏差不大于±10cm；（4分）
（5）送貨過程必須要在180秒內完成，用時越少越好。（5分）
2. 無人機在作業區外學習識別某一種指定目標特征（顏色、形狀），然后尋找具有此特征的兩個目標地點，完成送貨作業。
（1）無人機從起降點起飛到150cm巡航高度，先后尋找2個上述已識別的目標，飛行抵達目標地點上方，降低飛行高度到80±10cm左右；（20分）
（2）放出下降吊艙至距地面20±5cm左右高度，穩定保持懸停5秒完成送貨作業，期間播放提醒目標點收貨的語音；送貨期間，標識無人機位置的激光筆光斑落在以目標中心為圓心、半徑15cm的圓內；送貨完成即恢復巡航高度；(10分)
（3）送貨作業完成后無人機降落到起降點；送貨過程用時越少越好，需在270秒內完成；（5分）
3. 無人機找到放置在A附近區域的紅色圓框，并從圓框中穿越而過。（10分）
4. 其他自主發揮。（5分）
5. 設計報告 （20分）

三、 說明
1. 送貨作業現場說明
（1）參賽隊在賽區提供的場地測試，不得擅自改變測試環境條件。
（2）送貨作業區域鋪設亞光噴繪布為淡灰色（R-240、G-240、B-240），目標地點的形狀有三種（圓、正方形、三角形，最大邊長或直徑為25cm），顏色有紅、藍兩種（紅R-255、G-0、B-0，藍R-0、G-0、B-255）；作業區上、右兩側有1.8cm寬黑色標志線；應考慮到材料及顏料導致顏色存在差異的可能性。
（3）測評將現場準備要求的6種送貨目標的特征樣板，如“紅色三角形”、“藍色正方形”等，以備給無人機識別。
（4）送貨目標中的數字并非給無人機識別用，僅為了描述、記錄方便，顏色與目標底色相近。
（5）作業區域中標志“A”所在附近區域可放置供無人機穿越的圓框，圓框可采用外徑約110cm的紅色呼啦圈，呼啦圈固定在地面支架上，圓心高度約150cm，支架為黑色。
（6）400cm×500cm作業區四周及頂部設置安全網，安全網支架在安全網外。
（7）測試現場避免陽光直射，但不排除頂部照明燈及窗外環境光照射，參賽隊應考慮到測試現場會受到外界光照或室內照明不均等影響因素；測試時不得提出光照條件要求。

2. 飛行器要求
（1）參賽隊使用無人機時應遵守中國民用航空局的相關管理規定。
（2）無人機最大軸間距不大于45cm。
（3）無人機槳葉必須全防護，否則不得測試。
（4）無人機上的激光筆垂直向下安裝，不得移動、轉動。
（5）起飛前，無人機可手動放置到起降點；可手動一鍵啟動后起飛，起飛后整個飛行過程中不得人為干預；若采用無人機以外的啟動或急停操作裝置，一鍵啟動起飛操作后必須立刻將裝置交給工作人員。
（6）調試及測試時必須佩戴防護眼鏡，穿戴防護手套。

3. 測試要求與說明
（1）吊艙可用軟線懸吊50g砝碼來模仿。
（2）提醒目標點收貨的語音可自行設定，時長1~3秒。
（3）要求1送貨前，可連續輸入兩個目標地點的位置信息；如，若以起降點為原點，編號11號目標的位置可為（200，275）；目標的位置信息格式可自己定義。
（4）在要求2送貨前，將現場指定形狀及顏色的樣板（如“紅色三角形”），在場外手持給無人機學習識別將要送貨的目標特征。
（5）要求1的送貨過程必須在180秒內完成，超時不得分。
（6）要求2的送貨過程必須在270秒內完成，超時不得分。
（7）要求1的（1）~（4）必須連續完成，期間不得人為干預；要求2的（1）~（3）必須連續完成，期間不得人為干預。
（8）每次測試全過程中不得更換電池；兩次測試之間允許更換電池，更換電池時間不大于2分鐘。
（9）飛行期間，無人機觸及地面后自行恢復飛行的，扣5分；觸地后5秒內不能自行恢復飛行視為失敗，失敗前完成動作仍計分。
（10）平穩降落是指在降落過程中無明顯的跌落、彈跳及著地后滑行等情況出現。

C題 小車跟隨行駛系統

一、任務
設計一套小車跟隨行駛系統，采用TI的MCU，由一輛領頭小車和一輛跟隨小車組成，要求小車具有循跡功能，且速度在0.3 ~ 1m/s可調，能在指定路徑上完成行駛操作，行駛場地的路徑如圖1 所示。其中，路徑上的A點為領頭小車每次行駛的起始點和終點。當小車完成一次行駛到達終點，領頭小車和跟隨小車要發出聲音提示。領頭小車和跟隨小車既可以沿著ABFDE圓角矩形（ 簡稱為內圈 ）路徑行駛，也可以沿著ABCDE的圓角矩形（ 簡稱為外圈 ）路徑行駛。當行駛在內圈BFD段時，小車要發出燈光指示。此外，在測試過程中，可以在路徑上E點所在邊的直線區域，由測試專家指定位置放上“等停指示”標識，指示領頭小車在此處須停車，等待5秒后再繼續行駛。

二、要求
1. 將領頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，設定領頭小車速度為0.3m/s，沿著外圈路徑行駛一圈停止，要求：（20分）
(1) 領頭小車的平均速度誤差不大于10%；
(2) 跟隨小車能跟隨領頭小車行駛，全程不能發生小車碰撞；
(3) 完成一圈行駛后領頭小車到達A點處停車，跟隨小車應及時停止，停止時間差不超過1s，且與領頭小車的間距為20cm，誤差不大于6cm。
2. 將領頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，領頭小車和跟隨小車連續完成三圈路徑的行駛。第一圈領頭小車和跟隨小車都沿著外圈路徑行駛。第二圈領頭小車沿著外圈路徑行駛，跟隨小車沿著內圈路徑行駛，實現超車領跑。第三圈跟隨小車沿著外圈路徑行駛，領頭小車沿著內圈路徑行駛，實現反超和再次領跑。要求：（30分）
(1) 全程兩個小車行駛平穩，順利完成兩次超車，且不能發生小車碰撞；
(2) 完成三圈行駛后領頭小車到達A點停止，跟隨小車應及時停止，兩車停止的時間差不超過1s，且與領頭小車的間距為20cm，誤差不大于6cm；
(3) 小車行駛速度可自主設定，但不得低于0.3m/s，且完成所規定的三圈軌跡行駛所需時間越短越好。
3. 由測試專家在路徑的E點所在邊的直線區域指定位置，放上“等停指示”標識。然后，將領頭小車放在路徑的起始位置A點，跟隨小車放在其后20cm處，設定領頭小車速度為1m/s，沿著外圈路徑行駛一圈，行駛中兩小車不得發生碰闖。要求：（20分）
(1) 領頭小車的平均速度誤差不大于10%；
(2) 領頭小車達到“等停指示”點停車，停車位置準確，誤差不大于5cm；
(3) 在“等停指示”處停車時間為5s，誤差不超過1s。
4. 其他。（10分）
5. 設計報告。（20分）

三、說明
1. 作品中的小車中尺寸不大于15cm（寬）* 25cm（長）。小車尺寸包括小車本體、以及小車所安裝的傳感器等總體的尺寸大小。
2. 行駛場地上鋪設白紙，行駛路徑用1cm寬的黑色引導線來標志，可以印刷或打印在白紙上，也可以用黑色膠帶紙直接粘貼在白紙上。軌跡上的起始點A，用垂直貼在路徑引導線的黑色標志線來標記，標志線為2cm寬、5cm長。“等停指示”用間隔5cm的兩條2cm寬、10cm長的黑色平行標志線來標記，可以事先在一張小的紙片上打印好，測試時對接粘貼在行駛路徑的引導線上即可。除題目要求的標記之外，行駛場地上不得有其他任何指示標記。
3. 跟隨小車的行駛完全由領頭小車指揮控制，領頭小車上有啟動按鍵和設置按鍵，而跟隨小車只有一個上電開關，不得有其他啟動和操作按鍵。每一次行駛發車時，領頭小車和跟隨小車按照題目要求擺放在行駛路徑的指定位置，跟隨小車上電，處于等待接收領頭小車指令的狀態。領頭小車一鍵啟動行駛，直到整個行駛過程結束。
4. 在兩個小車跟隨行駛過程中，除了兩個小車間的相互通信外，不得有車外遙控和其他通信指令輔助。
5. 在本題目要求4中，領頭小車遇到“等停指示”需立即停車，停車后車身應在“等停指示”第二條橫線以內，車頭超出第二條橫線的距離為停車位置誤差。
6. 為了便于測試，允許在制作行駛場地時，在路徑的E點和A點的旁邊畫上刻度尺。

D題 混沌信號產生實驗裝置

一、任務
使用電阻、電容、電感和運算放大器設計一個能生成穩定周期信號和混沌信號的信號產生實驗裝置，裝置采用單電源供電。可以通過編程設置或開關選擇，產生多種穩定周期信號、單渦旋混沌信號和雙渦旋混沌信號。實驗裝置使用雙蹤示波器對所產生信號進行相圖顯示，接入示波器進行相圖顯示時，不得影響信號產生電路的工作狀態。

二、要求
1. 通過編程設置或開關選擇，控制實驗裝置產生穩定周期信號和混沌信號，依次生成下列相圖信號，并在示波器上穩定顯示。（34分）
(1) 單倍周期的穩定周期相圖；
(2) 雙倍周期的穩定周期相圖；
(3) 三倍周期的穩定周期相圖；
(4)單渦旋混沌信號相圖，要求幅度不小于電源電壓VCC的80%；
(5)雙渦旋混沌信號相圖，要求幅度不小于電源電壓VCC的80%；
2. 提高實驗裝置所產生的雙渦旋混沌信號的信號帶寬，要求所產生的雙渦旋混沌信號的帶寬不少于40MHz。（30分）
3. 改進實驗裝置的電路設計，要求在不使用電感的情況下，即僅使用電阻、電容和運算放大器，實現要求1和2的功能。（20分）
4. 進一步優化要求3所設計的實驗裝置電路，盡量減少運算放大器的個數。要求所使用的運算放大器的總數不超過6個。（10分）
5. 其他。（6分）
6. 設計報告。（20分）

三、說明
1. 混沌現象是指發生在確定性系統中的貌似隨機的不規則運動。一個確定性理論描述的系統，其行為卻表現為不確定性——不可重復、不可預測，稱為混沌現象。系統的混沌現象可以用非線性系統的動態方程來描述，并使用電阻、電容、電感和運算放大器等器件構成相應的電路來進行具體實現，這種電路稱為混沌信號產生電路。典型的混沌信號產生電路包括蔡氏電路Chua's circuit、范德坡電路Vanderbilt circuit、考比茲電路Colpitts circuit等。本裝置不得接入外部激勵信號。
2. 本實驗裝置設計的要求3中只允許使用電阻、電容和運算放大器來進行設計，不使用電感。如果選擇的設計方案需要使用電感，可以通過運算放大器實現的有源電感來代替，或者用回轉器實現。
3. 不同于對一般信號的觀測方法，在使用示波器觀測混沌電路所產生的信號時，一般采用X-Y方式。即通過觀察電路中兩個信號之間的變化關系，也就是消去兩個信號的時間變量所得到的信號間空間曲線，稱為相圖。
4. 混沌信號產生電路對電路參數極為敏感，在設計制作實驗裝置電路時，要對電路參數進行仔細調試，以確保電路工作狀態準確和穩定。在對實驗裝置進行性能測試時，可以通過編程設置或開關選擇來切換輸出不同種類信號，但是在測試過程中，不能對電路中元器件參數進行調節。

E題 聲源定位跟蹤系統

一、任務
設計制作一個聲源定位跟蹤系統，能夠實時顯示及指示聲源的位置，當聲源移動時能夠用激光筆動態跟蹤聲源。

二、要求
1．設計并制作聲音發生裝置——“聲源”，裝置能獨立工作，聲音音量手動可調，裝置最大邊長或直徑不超過10cm，裝置可用支架安裝，并可在地面移動；聲源中心點B用紅色或其他醒目顏色標識，并在B點所在的平面以B點為圓心，直徑為5cm畫圓圈，用醒目線條標識，該平面面向檢測指示裝置。（4分）
2．設計并制作一個聲源定位檢測裝置，傳感器安裝在 C區范圍內，高度不超過1m，系統采用的拾音器或麥克風傳感器數量不超過10個；在裝置上標記測試參考點A，作為位置坐標的原點；裝置上有顯示電路，實時顯示D區域內聲源的位置，顯示A、B兩點直線距離γ和以A點為原點，AB在地面的投影與圖1中心線的夾角θ，測量時間不超過5s，距離γ和角度θ的測值誤差越小越好。（36分）
3．設計并制作一個聲源指示控制裝置，此裝置和上述聲源定位檢測裝置可以合為一體。也放置在圖1的 C區，安裝有激光筆和二維電動云臺，能控制激光筆指向聲源，定位計算過程中時，激光筆關閉，定位運算完成時激光筆開啟。定位指示聲源時，動作反應時間不超過10s，光點與B點偏差越小越好。（30分）
4．聲源移動動態追蹤：當聲源擺放在地面，用細繩牽引，以0.2m/s左右的速度在D區移動時，激光筆光點指向B點，光點與B點偏差越小好，跟蹤反應時間越短越好。（20分）
5．其他（10分）
6．設計報告（20分）

三、說明
1．聲源可以發出自定的規則聲音，如滴、滴、滴的蜂鳴器聲音等，音量以不造成嚴重噪聲污染為宜，并注意避免周圍噪聲的影響。
2．聲源可使用符合尺寸要求的微型有源音箱，播放事先錄制的聲音。
3．聲源定位跟蹤系統最大尺寸水平高度控制在離地面100cm以下，聲源放置在D區不高于50cm。
4．測試要求：要求2、3測試時，先按啟動按鈕，再放置音源；或先放置音源，但聲源和指示裝置明顯不在一個方向上，一鍵啟動；一個點測完后，移動聲源，測量下一個點，期間無人工干預裝置；要求4測試時，一鍵啟動后移動聲源，期間亦無人工干預接觸裝置，直至該項測試結束。
5．距離和角度顯示穩定，如出現不穩定，以跳動中出現的偏離最大的數字作為結果。

F題 信號調制度測量裝置

一、任務
設計制作信號調制度測量裝置，該裝置測量并顯示信號源輸出的被測信號調制度等參數，識別并顯示被測信號的調制方式，輸出解調信號。

二、要求
(1)被測信號為電壓峰峰值100mV的普通單音調幅(AM)電壓uAM，其載頻為10MHz、調制信號為頻率1~3kHz的正弦信號。測量并顯示uAM的調幅度ma，要求測量誤差絕對值|Δ|<0.1;輸出解調信號，要求解調信號波形無明顯失真。 (20分)
(2)被測信號為電壓峰峰值100mV的單音調頻(FM)電壓uFM其載頻為10MHz、調制信號為頻率3~5kHz的正弦信號。測量并顯示uFM的調頻度mf，測量誤差絕對值|Δ|≤0.3;測量并顯示uFM的最大頻偏Δfm(kHz);輸出解調信號，要求解調信號波形無明顯失真。(25分)
(3)被測信號為載波電壓峰峰值100mV的高頻電壓um，其載頻范圍為10MHz~30MHz(頻率步進間隔0.5MHz)。若um為已調波(AM或FM波)時，其調制信號為頻率范5kHz~10kHz(頻率步進間隔1kHz)內某一頻率的正弦信號。測量裝置應能自主識別um的調制方式，即能判斷出um為調幅、調頻或未調載波。測量并顯示um的調制度(ma或mf)，測量誤差要求分別同前面第(1)、(2)項的要求;當被測信號為調頻波時，要求測量并顯示其最大頻偏Δfm(kHz);輸出解調信號，要求解調信號波形無明顯失真。(45分)
(4)其他(10分)
(5)設計報告(20分)

三、說明
（1）題中“普通單音調幅波”是指：載波為正弦波，調制信號為單頻正弦信號，其頻譜包括完整的載頻與上、下邊頻分量。題中“單音調頻波”是指：載波為正弦波，調制信號為單頻正弦信號。
(2)本題被測信號為AM信號時，其調幅度范圍是:0.2（3）如測量裝置需對被測信號進行A/D變換，應借鑒適用于對高頻窄帶信號抽樣的“帶通抽樣定律”。“奈奎斯特抽樣定律”亦稱為“低通抽樣定律”，它適于對基帶信號的抽樣。
（4）測試時可自帶具有AM/FM調制信號輸出功能的信號源，并以自帶信號源輸出信號的參數設置值作為測量基準值。
（5）要求第（3）項的操作必須是一鍵啟動，裝置應連續完成調制方式識別與調制度等參數的測量和顯示，測量過程中不得有人工介入。