【2013国赛A题】单相AC-DC变换电路 一、任务设计并制作如图 1 所示的单相 AC-DC 变换电路。输出直流电压稳定在 36V，输出电流额定值为 2A。  二、要求1. 基本要求（1）在输入交流电压 Us=24V、输出直流电流 Io=2A 条件下，使输出直流电压Uo=36V±0.1V。（2）当 Us=24V，Io在 0.2A～2.0A 范围内变化时，负载调整率 SI ≤ 0.5%。（3）当 Io=2A，Us 在 20V～30V 范围内变化时，电压调整率 SU ≤ 0.5%。（4）设计并制作功率因数测量电路，实现 AC-DC 变换电路输入侧功率因数的测量，测量误差绝对值不大于 0.03。（5）具有输出过流保护功能，动作电流为 2.5A±0.2A。 2. 发挥部分（1）实现功率因数校正，在 Us=24V，Io=2A，Uo=36V 条件下，使 AC-DC 变换电路交流输入侧功率因数不低于 0.98。（2）在 Us=24V，Io=2A，Uo=36V 条件下，使 AC-DC 变换电路效率不低于 95%。（3）能够根据设定自动调整功率因数，功率因数调整范围不小于 0.80~1.00，稳态误差绝对值不大于 0.03。（4）其他。 三、说明1. 图 1 中的变压器由自耦变压器和隔离变压器构成。4. 交流功率和功率因数测量可采用数字式电参数测量仪。5. 辅助电源由 220V 工频供电，可购买电源模块（亦可自制），作为作品的组成部分。测试时，不再另行提供稳压电源。6. 制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，参考图 1。 

【2013国赛B题】四旋翼自主飞行器 一、任务 设计并制作一架四旋翼自主飞行器。飞行区域俯视图和立体图分别如图 1和图 2 所示。   二、要求 1. 基本要求（1）四旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图 1 所示的 A 区，一键式启动飞行器起飞；飞向 B 区，在 B 区降落并停机；飞行时间不大于 45s。（2）飞行器摆放在 B 区，一键式启动飞行器起飞；飞向 A 区，在 A 区降落并停机；飞行时间不大于 45s。 2. 发挥部分（1）飞行器摆放在 A 区，飞行器下面摆放一薄铁片，一键式启动，飞行器拾取薄铁片并起飞。（2）飞行器携带薄铁片从示高线上方飞向 B 区，并在空中将薄铁片投放到B 区；飞行器从示高线上方返回 A 区，在 A 区降落并停机。（3）以上往返飞行时间不大于 30s。（4）其他。 三、说明： 1．飞行器桨叶旋转速度高，有危险！请务必注意自己及他人的人身安全。2．飞行器控制板的 MCU 必须使用组委会统一下发的 R5F100LEA，必须安装在明显位置，以便检查。3．飞行器可自制或外购，带防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定为：长度≤50cm，宽度≤50cm。飞行器机身必须标注参赛队号。4．薄铁片为边长 4cm 的正方形，厚度≤0.05cm。5．飞行区域地面为白色；A 区、B 区形状大小相同，由直径 20cm 黑色实心圆和直径 75cm 的同心圆组成，同心圆虚线线宽小于 0.1cm；引导线宽度 4cm，可用黑色胶带；示高线为直径 0.5~0.8cm 的黑色电缆线，横向悬挂于飞行区中间，距地高 100cm。飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。6．允许测试 2 次，每次测试全程不得更换电池。两次测试之间允许更换电池，更换电池时间小于 2 分钟。7．飞行器不得遥控，飞行过程中不得人为干预。8．飞行器飞行期间，触及地面后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地后 5s 内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成动作仍计分。9．飞行器起飞，距地面高度 10cm 以上视为飞离地面。10．一键式启动是指飞行器摆放在 A 区或 B 区后，只允许按一个键启动。如有飞行模式设置应在飞行器摆放在 A 区或 B 区前完成。11．为保证安全，可沿飞行区域四周架设安全网（长 500cm，宽 300cm，高200cm），顶部无需架设。若安全网采用排球网、羽毛球网时可由顶向下悬挂不必触地，不得影响视线。安装示意图如图 3 所示。

【2013国赛C题】简易旋转倒立摆及控制装置 一、任务 设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图 1 所示。电动机 A 固定在支架 B 上，通过转轴 F 驱动旋转臂 C 旋转。摆杆 E 通过转轴 D 固定在旋转臂 C 的一端，当旋转臂 C 在电动机 A 驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆 E 在垂直于旋转臂 C 的平面作自由旋转。   二、要求 1．基本要求（1）摆杆从处于自然下垂状态（摆角 0°）开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过-60°~ +60°；（2）从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；（3）在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近 165°位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于 5s；期间旋转臂的转动角度不大于 90°。  2．发挥部分（1）从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起倒立，保持倒立状态时间不少于 10s；（2）在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆杆能继续保持倒立或 2s 内恢复倒立状态；（3）在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动，并尽快使单方向转过角度达到或超过 360°；（4）其他。  三、说明 1．旋转倒立摆机械部分必须自制，结构要求如下：硬质摆杆 E 通过转轴 D 连接在旋转臂 C 边缘，且距旋转臂 C 轴心距离为 20cm±5cm；摆杆的横截面为圆形或正方形，直径或边长不超过 1cm，长度在 15cm±5cm 范围内；允许使用传感器检测摆杆的状态，但不得影响摆杆的转动灵活性；图 1 中支架 B 的形状仅作参考，其余未作规定的可自行设计结构；电动机自行选型。2．摆杆要能够在垂直平面灵活旋转，检验方法如下：将摆杆拉起至水平位置后松开，摆杆至少能够自由摆动 3 个来回。3．除电动机 A 之外，装置中不得有其他动力部件。4．摆杆自然下垂状态是指摆角为0°位置，见图 2。 5．摆杆倒立状态是指摆杆在-165°至 165°范围内。6．基本要求（1）、（2）中，超过 30s视为失败；发挥部分（1）超过 90s视为失败；发挥部分（3）超过 3分钟即视为失败；以上各项，完成时间越短越好。7．摆杆倒立时施加干扰的方法是，以 15cm 长细绳栓一只 5 克砝码，在摆杆上方将砝码拉起 15°~45°，释放后用砝码沿摆杆摆动的切线方向撞击摆杆上端 1~2cm 处；以抗扰动能力强弱判定成绩。8．测试时，将在摆杆后 1~2cm 处固定一如图 2 所示轻质量角器，以方便观察摆杆的旋转角度。

【2013国赛D题】射频宽带放大器 一、任务 设计并制作一个射频宽带放大器。 二、要求 1．基本要求（1）电压增益 Av ≥20dB，输入电压有效值 Ui ≤20mV。Av 在 0～20dB 范围内可调。（2）最大输出正弦波电压有效值 Uo≥200mV，输出信号波形无明显失真。（3）放大器 BW-3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz，上限频率 fH≥20MHz，并要求在 1MHz～15MHz 频带内增益起伏≤1dB。（4）放大器的输入阻抗 = 50，输出阻抗 = 50 Ω。 2．发挥部分（1）电压增益 Av ≥60dB，输入电压有效值 Ui ≤1 mV。Av 在 0～60dB 范围内可调。（2）在 Av ≥60dB 时，输出端噪声电压的峰峰值 UoNpp ≤100mV。（3）放大器 BW-3dB 的下限频率 fL ≤0.3MHz，上限频率 fH≥100MHz，并要求在 1MHz～80MHz 频带内增益起伏≤1dB。该项目要求在 Av ≥60dB（或可达到的最高电压增益点），最大输出正弦波电压有效值 Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真条件下测试。（4）最大输出正弦波电压有效值 Uo ≥1V，输出信号波形无明显失真。（5）其他（例如进一步提高放大器的增益、带宽等）。 三、说明 1．要求负载电阻两端预留测试端子。最大输出正弦波电压有效值应在RL=50Ω条件下测试（要求 RL阻值误差≤5 %），如负载电阻不符合要求，该项目不得分。2．评测时参赛队自备一台 220V 交流输入的直流稳压电源。3. 建议的测试框图如图 1 所示，可采用点频测试法。射频宽带放大器幅频特性示意图如图 2 所示。

【2013国赛E题】简易频率特性测试仪 一、任务根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性，其示意图如图 1 所示。 二、要求1．基本要求制作一个正交扫频信号源。（1）频率范围为 1MHz~40MHz，频率稳定度≤10-4；频率可设置，最小设置单位 100kHz。（2）正交信号相位差误差的绝对值≤5º，幅度平衡误差的绝对值≤5%。（3）信号电压的峰峰值≥1V，幅度平坦度≤5%。（4）可扫频输出，扫频范围及频率步进值可设置，最小步进 100kHz；要求连续扫频输出，一次扫频时间≤2s。  2．发挥部分 （1）使用基本要求中完成的正交扫频信号源，制作频率特性测试仪。      a. 输入阻抗为 50Ω，输出阻抗为 50Ω；      b. 可进行点频测量；幅频测量误差的绝对值≤0.5dB，相频测量误差的绝对值≤5º；数据显示的分辨率：电压增益 0.1dB，相移 0.1º。 （2）制作一个 RLC 串联谐振电路作为被测网络，如图 2 所示，其中 Ri 和Ro分别为频率特性测试仪的输入阻抗和输出阻抗；制作的频率特性测试仪可对其进行线性扫频测量。      a. 要求被测网络通带中心频率为 20MHz，误差的绝对值≤5%；有载品质因数为 4，误差的绝对值≤5%；有载最大电压增益≥ -1dB；      b. 扫频测量制作的被测网络，显示其中心频率和-3dB 带宽，频率数据显示的分辨率为 100kHz；      c. 扫频测量并显示幅频特性曲线和相频特性曲线，要求具有电压增益、相移和频率坐标刻度。  （3）其他。三、说明1．正交扫频信号源必须自制，不能使用商业化 DDS 开发板或模块等成品，自制电路板上需有明显的覆铜“2013”字样。2．要求制作的仪器留有正交信号输出测试端口，以及被测网络的输入、输出接入端口。 6．幅频特性曲线的纵坐标为电压增益（dB）；相频特性曲线的纵坐标为相移（º）；特性曲线的横坐标均为线性频率（Hz）。 7．发挥部分中，一次线性扫频测量完成时间≤30s。 

【2013国赛F题】红外光通信装置 一、任务设计并制作一个红外光通信装置。二、要求1．基本要求（1）红外光通信装置利用红外发光管和红外光接收模块作为收发器件，用来定向传输语音信号，传输距离为 2m，如图 1 所示。  （2）传输的语音信号可采用话筒或Φ3.5mm 的音频插孔线路输入，也可由低频信号源输入；频率范围为 300~3400Hz。（3）接收的声音应无明显失真。当发射端输入语音信号改为 800Hz 单音信号时，在 8Ω电阻负载上，接收装置的输出电压有效值不小于 0.4V。不改变电路状态，减小发射端输入信号的幅度至 0V，采用低频毫伏表（低频毫伏表为有效值显示，频率响应范围低端不大于 10Hz、高端不小于 1MHz）测量此时接收装置输出端噪声电压，读数不大于 0.1V。如果接收装置设有静噪功能，必须关闭该功能进行上述测试。（4）当接收装置不能接收发射端发射的信号时，要用发光管指示。 2．发挥部分（1）增加一路数字信道，实时传输发射端环境温度，并能在接收端显示。数字信号传输时延不超过 10s。温度测量误差不超过 2℃。语音信号和数字信号能同时传输。（2）设计并制作一个红外光通信中继转发节点，以改变通信方向 90°，延长通信距离 2 m，如图 2 所示。语音通信质量要求同基本要求（3）。 中继转发节点采用 5V 直流单电源供电，电路见图 3。串接的毫安表用来测量其供电直流电流。 （3）在满足发挥部分（2）要求的条件下，尽量减小中继转发节点供电电流。（4）其他。  三、说明1．本装置的通信信道必须采用红外光信道，不得使用其他通信装置。发射端及转发节点必须采用分立的红外发光管作为发射器件，安装时需外露发光管，以便检查。不得采用内部含有现成通信协议的红外光发射芯片或模块。2．中继转发节点除外接的单 5V 供电电源外，不得使用其他供电装置（如电池、超级电容等）。3．测试时，自备 MP3 或录音机及音频连接线。 

【2013国赛G题】手写绘图板 一、任务 利用普通 PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。系统构成框图如图 1所示。普通覆铜板尺寸为 15cm×10cm，其四角用导线连接到电路，同时，一根带导线的普通表笔连接到电路。表笔可与覆铜板表面任意位置接触，电路应能检测表笔与铜箔的接触，并测量触点位置，进而实现手写绘图功能。覆铜板表面由参赛者自行绘制纵横坐标以及 6cm x 4cm（高精度区 A）和 12 cm x8cm（一般精度区 B）如图中两个虚线框所示。  二、要求 1. 基本要求：（1）指示功能：表笔接触铜箔表面时，能给出明确显示。（2）能正确显示触点位于纵坐标左右位置。（3）能正确显示触点四象限位置。（4）能正确显示坐标值。（5）显示坐标值的分辨率为 10mm， 绝对误差不大于 5mm。2．发挥部分：（1）进一步提高坐标分辨率至 8mm 和 6mm；要求分辨率为 8mm 时，绝对误差不大于 4mm；分辨率为 6mm 时，绝对误差不大于 3mm。（2）绘图功能。能跟踪表笔动作，并显示绘图轨迹。在 A 区内画三个直径分别为 20mm，12mm 和 8mm 不同直径的圆，并显示该圆；20mm 的圆要求能在 10s 内完成，其它圆不要求完成时间。（3）低功耗设计。功耗为总电流乘 12V；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于 1.5W。（4）其他。如显示文字，提高坐标分辨率等。 三、说明1．必须使用普通的覆铜板（1）不得更换其它高电阻率的材料。（2）不得对铜箔表面进行改变电阻率的特殊镀层处理。（3）覆铜板表面的刻度自行绘制，测试时以该刻度为准。（4）考虑到绘制刻度影响测量，不要求表笔接触刻度线条时也具有正确检测能力。2．覆铜板到电路的连接应满足以下条件（1）只有铜箔四角可连接到电路，除此之外不应有其它连接点（表笔触点除外）。（2）不得使用任何额外传感装置。3．表笔可选用一般的万用表表笔。4．电源供电必须为单 12V 供电。 5．基本要求除（5）外均在 B 区测，测分辨率和圆均在 A 区内测。

【2013国赛J题】电磁控制运动装置 一、任务设计并制作一套电磁控制运动装置，该装置由电磁控制装置、摆杆等部分构成。装置外形尺寸要求不能大于：长 300mm、宽 300mm、高 300 mm，摆杆支撑轴中心点到摆杆底端的长度规定在 100mm～150mm 范围内；装置结构示意图如图 1 和图 2 所示。 二、要求 1.基本要求（1）按下启动按钮，由静止点开始，控制摆杆摆动。（2）由静止点开始，控制摆杆在指定的摆角（10°～45°范围内）连续摆动，摆动摆角绝对误差≤5°，响应时间≤15s。（3）由静止点开始，按指定周期（0.5s～2s 范围内）控制摆杆连续摆动，摆动周期绝对误差值≤0.2s，响应时间≤15s。（4）在摆杆连续摆动的情况下，按下停止按钮，控制摆杆平稳地停在静止点上，停止时间≤10s。 2.发挥部分（1）摆杆摆角幅度能在 10°～45°范围内预置，预置步进值为 5°，摆角幅度绝对误差值≤3°，响应时间≤10s。（2）摆杆的周期能在 0.5s～2s 范围内预置，预置步进值 0.5s，周期绝对误差值≤0.1s，响应时间≤10s。（3）摆杆摆角幅度和周期在上述范围内可同时预置，由静止点开始摆动，摆角幅度值和周期相对误差要求均和发挥部分中的（1）、（2）相同。当摆杆稳定运行 20 秒后发出声、光提示，并在 5s 内平稳停在静止点上。（4）其他。 三、说明（1）图 1 和图 2 只作为设计参考，参赛队可以自行设计电磁控制运动装置结构；（2）摆杆和摆杆支撑轴上不能安装任何驱动装置，但可以安装角度传感器；（3）摆杆运动控制、检测装置的安装方式与控制方法由参赛队自行确定；（4）磁铁在摆杆上的安装位置不做限制，在测试过程中不允许做任何改动和调整；（5）摆角指示刻度盘绘制以 1°为最小单位，可以自制或采用成品量角器，摆角测量值以摆杆上指针与指示刻度盘相对应的读数为基准。（6）摆杆自然下垂的点定义为摆杆的静止点。（7）响应时间在本题目中定义为：摆杆由初始静止状态到达稳定状态（4 个周期摆幅基本相同）的时间。响应时间包括 4 个稳定周期摆动的时间。

【2013国赛K题】简易照明线路探测仪 一、任务设计并制作具有显示器的简易照明线路探测仪，能在厚度为 5mm 的五合板正面探测出背面 2 根照明电缆的位置，电缆的布线如图 1 所示。电缆一端与 220V 交流电源插座相连；另一端连接着大螺口（E27）灯座，并分别拧入 60W 白炽灯和 11W 节能灯，各灯的亮灭由开关控制。两根电缆以图钉侧边压扣或胶带粘贴的方式布设，布线可在 7×7 方格组成的区域内根据需要任意调整。   二、要求 1．基本要求（1）关闭 60W 白炽灯和 11W 节能灯，将节能灯的电缆按要求布设完毕后，将其点亮，手持探测仪在板正面扫描带电电缆的走向，探测到带电电缆时予以蜂鸣示意。（2）要求 2 分钟之内完成上述探测任务。（3）探测结束后，探测仪能回放显示带电电缆位置的方格号序列。 2．发挥部分（1）关闭 11W 节能灯，点亮白炽灯，仿照上述基本要求完成对白炽灯电缆走向的探测任务。（2）先关闭两盏灯，改变 2 根电缆的布设，并使其间隔不小于一个方格，然后再点亮两灯。要求探测仪能在 1 分钟内准确探测出 5 个指定位置是否有 60W 白炽灯带电电缆。（3）先关闭两盏灯，改变 2 根电缆的布设，并使其局部间隔小于一个方格，然后再点亮两灯。要求探测仪能在 2 分钟内准确探测出 5 个指定位置是否有 60W 白炽灯带电电缆。（4）其他。 三、说明1．制作和评测时务必注意电气安全事项。2．作品不得采用商业化产品进行改装制作。3．五合板正反面所画的 7×7 方格必须两面精准对应；方格线条的宽度不大于 2cm，线条的虚实类型自定；每个方格的大小为 15cm×15cm（从方格线条的中心算起）；各方格在板上的位置用其序号表示。4．五合板背面布设的电缆为带护套双绝缘的双芯并列聚氯乙烯软电缆，规格为 2×0.5mm2；每根电缆的长度不小于 2.5m。5．所用的五合板、图钉或胶带、电缆、灯座、灯、开关、220V 交流电源插座等均由参赛者自行准备。6．探测仪与被测板的接触面不得大于板上的一个方格。7．探测仪显示格式为：灯名，方格号 1、方格号 2、…，用时 m 分 n 秒。

直流稳压电源及漏电保护装置(L 题) 一、任务设计并制作一台线性直流稳压电源和一个漏电保护装置，电路连接如图 1 所示。图中 RL 为负载电阻、R 为漏电电流调整电阻、A 为漏电流显示电流表、S为转换开关、K 为漏电保护电路复位按钮。 二、要求1．基本要求设计一台额定输出电压为 5V，额定输出电流为 1A 的直流稳压电源。（1）转换开关 S 接 1 端，RL阻值固定为 5Ω。当直流输入电压在 7~25 V 变化时，要求输出电压为 5±0.05V，电压调整率 SU≤1%。（2）连接方式不变，RL阻值固定为 5Ω。当直流输入电压在 5.5~7V 变化时，要求输出电压为 5±0.05V。（3）连接方式不变，直流输入电压固定在 7V，当直流稳压电源输出电流由1A 减小到 0.01A 时，要求负载调整率 SL≤1%。 （4）制作一个功率测量与显示电路，实时显示稳压电源的输出功率。 2．发挥部分设计一个动作电流为 30mA 的漏电保护装置（使用基本要求部分制作的直流稳压电源供电，不得使用其他电源）。（1）转换开关 S 接 2 端，将 RL 接到漏电保护装置的输出端，阻值固定为20Ω，R 和电流表 A 组成模拟漏电支路（见图 1）。调节 R，将漏电动作电流设定为 30 mA。当漏电保护装置动作后，RL两端电压为 0V 并保持自锁。排除漏电故障后，按下 K 恢复输出。要求漏电保护装置没有动作时，输出电压≥4.6V。（2）要求漏电保护装置动作电流误差的绝对值≤5%。（3）尽量减小漏电保护装置的接入功耗。（4）其他。 三、说明