国赛试题，2023年全国大学生电子设计竞赛试题

STCAI-3***

                                       2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科A组

                                                                                                     参赛注意事项

（1）8 月 2日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                                           单相逆变器并联运行系统（A 题）

【本科组】

一、任务

设计并制作由 2 个单相逆变器组成的并联系统，系统框图如图 1 所示，逆变器并联后可为电阻负载RL 供电，也可通过变压器T 并入 220V 电网。

二、要求
1、基本要求

（1）断开 S2，闭合 S1，仅用逆变器 1 向 RL 供电。输出电压有效值 Uo 为24V±0.2V，频率 fo 为 50Hz±0.2Hz时，输出电流有效值 Io 为 2A。

（2）在基本要求（1）的工作条件下，输出交流电压总谐波畸变率（THD） 不大于 2%。

（3）在基本要求（1）的工作条件下，逆变器 1 的效率 ƞ 不低于 88%。

（4）断开 S2，闭合 S1，仅用逆变器 1 向负载供电，Io 在 0A~2A 间变化时， 负载调整率 SI1≤0.2%。

2、发挥部分

（1）断开 S2，闭合 S1，逆变器 1 和逆变器 2 并联，共同向 RL 供电，Uo=24V，fo=50Hz 时，Io=4A。

（2）断开 S1，闭合 S2，逆变器 1 与逆变器 2 并联且能并网，能在 2A~4A 范围内按数字设定输出电流 Io，其误差绝对值应小于设定值的 6%。

（3）断开S1，闭合S2，逆变器1与逆变器2并联且并网，Io在1A~3A间变化时，逆变器1及逆变器2的输出电流比值K=Io1: Io2可在指定范围（0.5~2）内按数字设定自动分配，其相对误差的绝对值不大于5%。

（4）其他。

三、说明

（1）制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，测试过程中不得重新接线。

（2）可使用功率分析仪等测试逆变器的效率、THD 等。

（3）逆变器 1（含直流辅助电源）仅由直流电源 1 供电，逆变器 2（含直流辅助电源）仅由直流电源 2 供电。进行基本要求（3）测试时，直流辅助电源的耗能应计入效率 ƞ 计算中。

（4）本题定义：1）负载调整率 ，其中 Uo1 为 Io=0A 时的输出电压，Uo2 为 Io=2A 时的输出电压；2）逆变器 1 的效率 ƞ 为逆变器 1 输出功率除以直流电源 1 的输出功率。

（5）进行基本要求（1）（3）（4）测试时，Io 应达到 2A，低于 1.8A 不得分；进行发挥部分（1）测试时，Io 应达到 4A，低于 3.8A 时，该电流项目不得分。

（6）发挥部分（3）中的相对误差绝对值 ，其中 K设定为设定的数值，K 实测为实测出的数值。

（7）逆变器 1 与逆变器 2 各自独立，不得共用一个控制器。

（8）本题的直流电源 1 和直流电源 2 自备。

（9）逆变器并网时，应满足并网条件，确保人员及设备安全。

STCAI-3***

      2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科B组

                                                                                                                                     参赛注意事项

（1）8 月 2 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2） 参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3） 参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4） 每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5） 竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

同轴电缆长度与终端负载检测装置（B 题）

【本科组】
一、任务

       设计并制作一个同轴电缆长度与终端负载检测装置（以下简称“装置“）如图 1 所 示 。待 测电缆始端通过电缆连接头与装置连接 ，电缆终端可开路或接入电阻、电容负载  。设置 “长度检测”和“负载检测”两个按键，用以选择和启动相应功能。负载电阻值范围：10Ω~30Ω，电容值范围：100pF~300pF。装置由不大于6V的单电源供电。

                图 1  同轴电缆长度及终端负载检测装置示意图

二、要求
1、基本要求

        （1） 装置能够显示工作状态、电缆长度、负载类型、负载参数，显示格式见表 1。

                      表1 装置显示格式

        （2） 电缆长度 1000cm≤L≤2000cm、终端开路，按“长度检测”键启动检测，装置能够检测并显示电缆长度L，相对误差的绝对值不大于5%，一次检测时间不超过 5s。

        （3） 终端开路条件下完成电缆长度检测后，保持 L 不变，在终端接入电阻、电容中的一种负载，按“负载检测”键启动检测，装置能够正确判断并显示负载类型，一次检测时间不超过5s。

2、发挥部分

       （1）提高电缆长度检测精度：电缆长度 1000cm≤L≤2000cm、终端开路， 电缆长度检测相对误差的绝对值不大于 1%，一次检测时间不超过 5s。

        （2）终端开路条件下完成长度检测后，保持 L 不变，在终端接入电阻、电容中的一种负载，按“负载检测”键启动检测，装置在正确判断负载类型的基础上检测并显示负载的电阻、电容值，相对误差的绝对值不大于 10%，一次检测时间不超过 5s。

        （3）减小电缆长度检测盲区：终端开路时，在满足电缆长度检测相对误差的绝对值不大于 1%、一次检测时间不超过 5s的条件下，减小能够检测的电缆长度至 L≤100cm。

        （4）其他。

三、说明

        （1）装置应包括信号源和测量处理电路两部分。根据测量方法采用合适的激励信号，在电缆始端测量入射、反射等信号并进行处理，计算所需检测的参数。

        （2）被测同轴电缆由参赛队自备并在参加测试时带入现场，事先需自行测量电缆总长度，至少一根电缆长度不小于2000cm。电缆始端所接插头类型自定，终端可在芯线和屏蔽层间方便地接入负载。电缆应允许盘绕，测试过程中除按指定长度截短电缆和接入指定负载外，不允许再改变电缆的其他状态。

        （3）作品测评过程中，除按“长度检测”、“负载检测”一键启动相应功能外，不允许对装置进行其他任何调整和操作。

        （4）题目中检测相对误差的绝对值 ，电阻、电容的实际值使用 LCR 测试仪测定。

        （5）发挥部分（3）能检测的最小长度 L≤100cm 得满分，L≥1000cm 本项不得分。测试时由参赛队指定测试长度，在此长度附近测量并进行精度验证， 电缆长度测量相对误差的绝对值不大于 1%、一次检测时间不超过 5s 认为满足要求，并认定该长度有效。

        （6）作品中不得使用测距传感器及摄像头。

四、评分标准

STCAI-3***

                                  2023年全国大学生电子设计竞赛试题-本科C组

                                                                                           参赛注意事项

(1) 8 月 2日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

(2) 参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

(3) 参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

(4) 每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

(5) 竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

(6) 8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                  电感电容测量装置（C 题）

【本科组】

一、任务

基于 TI 公司的 MCU，设计并制作电感及其品质因数 Q、电容及其损耗角正切 D 的测量装置。被测元件接入，一键启动后，在规定时间内自动完成测量。测量装置要提供专用于监测测试频率的信号输出接口，用于实时监测装置的测试频率，如图 1 所示。

图 1 测量装置结构示意图

二、要求
1.   基本要求
完成电容量及其损耗角正切 D的测量。

（1）电容量测量范围：1nF～100nF，测量相对误差的绝对值不大于 5%。

（2）电容 D 值测量范围：0.005～1，测量相对误差的绝对值不大于 5%。

（3）在 1kHz～100kHz 范围内，自定某一固定测量频率。

（4）测量时间不大于 1 秒。

2. 发挥部分

完成电感量及其品质因数 Q的测量。

（1）电感量测量范围：10μH～100μH，测量相对误差的绝对值不大于  5%。

（2）电感 Q 值测量范围：1～200，测量相对误差的绝对值不大于 5%。

（3）装置可分别在不高于 2MHz 和不低于 20MHz 的两个频率范围内测量，测量频率自定。

（4）测量时间不大于 5 秒。

（5）其他。

三、说明
（1）本测量显示装置的所有处理器必须使用 TI 公司的 MCU（具体型号不限），否则视为违规，不予测试。
（2）参赛队需要自备商用测量仪器，简称自备测量仪器，以便校准自制测量装置。测评时，以自备测量仪器的测量值作为标准值计算测量误差。
（3）建议自制测量装置的测试频率与自备测量仪器的一致。
（4）可用并联或串联电阻的方式构成等效阻抗元件，校准自制测量装置的参数。

四、评分标准

STCAI-3***

                                             2023 年全国大学生电子设计竞赛-本科D组

                                                                                                                  参赛注意事项

（1）8 月 2 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2） 参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3） 参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4） 每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5） 竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                   信号调制方式识别与参数估计装置（D 题）

【本科组】

一、任务

设计制作可对信号发生器输出信号uM 进行调制方式识别与参数估计的装置（以下简称为装置）。装置既能显示调制方式识别与参数估计的结果，也能输出解调信号uo 供示波器观测波形。装置与测量仪器组成的系统框图如图 1 所示。

                                                            

二、要求
1. 基本要求

信号发生器输出uM 可能为 AM、FM 或连续载波（CW）三种信号，其载波电压峰峰值为 100mV、载频 fc 为 2MHz， uM 有关参数的估值范围与误差要求见本题说明（1）~（3），对解调信号uo 的要求见本题说明（4）。

（1） 已知uM 为 AM 信号（含载频分量的双边带调幅信号），其正弦调制信号频率 F=1kHz。估计并显示该 AM 信号的调幅系数ma ；输出解调信号uo 供示波器观测波形。

（2） 已知uM 为 FM 信号，其正弦调制信号频率 F=5kHz，估计并显示该 FM波的调频系数m f 、最大频偏 ；输出解调信号uo 供示波器观测波形。

（3） 未知uM 调制方式条件下，装置可自主识别并显示uM 的调制方式。

（4） 当uM 为 AM 波或 FM 波时，其正弦调制信号频率 F 均为 1kHz、2 kHz 、 3 kHz、4 kHz、5kHz 中的某一频率。在基本要求（3）的基础上，装置能够估计并显示uM 的有关参数、输出解调信号uo 。具体要求为：若uM 识别为 AM 信号，估计并显示其正弦调制信号频率 F、调幅系数ma ，输出解调信号uo 供示波器观测波形；若uM 识别为 FM 信号，估计并显示其正弦调制信号频率 F、调频系数 mf 、最大频偏Dfmax ，输出解调信号uo 供示波器观测波形；若uM 识别为CW 信号，则显示字符“CW”。

1. 发挥部分

uM 可为二进制幅度键控（2ASK）、移相键控（2PSK）或移频键控（2FSK） 信号，三者均传输二进制不归零（NRZ）码，码速率 Rc 可为 6kbps、8kbps、10kbps 中的一种； uM 载波电压峰峰值为 100mV、载频 fc 为 2MHz。要求装置能够自主识别并显示uM 的键控方式，并具备以下功能：

（1）若uM 识别显示为 2ASK 信号，估计并显示uM 传输的二进制码速率 Rc ，在示波器上显示解调输出的二进制码序列波形。

（2）若uM 识别显示为 2FSK 信号，估计并显示uM 传输的二进制码速率 Rc 、uM 的移频键控系数 h，在示波器上显示解调输出的二进制码序列波形。

（3）若uM 识别显示为 2PSK 信号，估计并显示uM 传输的二进制码速率 Rc ，在示波器上显示解调输出的二进制码序列波形。

（4）其他。

三、说明

（1） 本题uM 的载波为正弦波，uM 的信号类型及其参数估值范围包括：AM（调幅系数：0.3＜ ma <1）、FM（调频系数：1≤ mf ≤5）、CW、2ASK、2PSK、2FSK（移频键控系数：2≤h≤5）信号，移频键控系数 ,其中 fc1和 fc0 分别为 2FSK 信号发送二进制码 1 和 0 的载频值。

（2） 本题所指定的uM 参数值（如载频、调制信号频率等）是指参赛队自用信号发生器输出信号uM 的参数设置值，信号发生器以内调制方式产生uM 。

（3） 装置的参数估计误差要求：ma 估计值与其信号发生器设置值误差的绝对值≤0.1；mf 估计值与其信号发生器设置值误差的绝对值≤0.3；F估计值与其信号发生器设置值误差的绝对值≤50Hz； Dfmax 估计值与其信号发生器设置值误差的绝对值≤300Hz。

（4） 解调信号输出必须为单一端口输出。用示波器观测解调信号uo 时， uo应无明显的波形失真，且电压峰峰值不低于 1V。

（5） 参赛队员必须熟练掌握自用信号发生器（函数发生器）输出信号（含AM、FM、CW、2ASK、2PSK、2FSK 信号）参数的设置操作技能。要求参赛队携带自用信号发生器参加赛区测试和全国复测，在作品测试过程中，应按测试专家具体要求熟练地自行设置信号uM 的有关参数。

（6） 各项测试中，参赛队自行完成对uM  参数的设置后，按下装置的“启动键”对uM 进行调制方式识别、参数估计和显示，按下“启动键”10 秒后仍无法显示出结果的，该项测试结束且不得分。在每次设置 uM 参数之前，允许操作键盘一次；从开始设置 uM 参数到装置显示出结果期间，除按一下“启动键”外，禁止对装置进行任何其他操作，否则视为违规。

STCAI-3***

                                        2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科E组

                                                                                                       参赛注意事项
（1） 8 月 2 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。
（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。
（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。
（6） 8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
                                                                                              运动目标控制与自动追踪系统（E ）

【本科组】

一、 任务

    设计制作一个运动目标控制与自动追踪系统。系统包括模拟目标运动的红色光斑位置控制系统和指示自动追踪的绿色光斑位置控制系统。系统结构示意及摆放位置见图 1（a）。图中两个激光笔固定在各自独立的二维电控云台上。

图 1 运动目标控制与自动追踪系统结构示意及摆放位置图

红色激光笔发射的光斑用来模拟运动目标，光斑落在正前方距离 1m 处的白色屏幕上，光斑直径≤1cm。红色光斑位置控制系统控制光斑能在屏幕范围内任意移动。绿色激光笔发射的光斑由绿色光斑位置系统控制，用于自动追踪屏幕上的红色光斑，指示目标的自动追踪效果，光斑直径≤1cm。

绿色激光笔放置线段如图 1（b）所示，该线段与屏幕平行，位于红色激光笔两侧，距红色激光笔距离大于 0.4m、小于 1m。绿色激光笔在两个放置线段上任意放置。屏幕为白色，有效面积大于 0.6╳0.6m2。用铅笔在屏幕中心画出一个边长0.5m 的正方形，标识屏幕的边线；所画的正方形的中心为原点，用铅笔画出原点位置，所用铅笔痕迹宽≤1mm。

二、 要求

1. 基本要求

（1）设置运动目标位置复位功能。执行此功能，红色光斑能从屏幕任意位置回到原点。光斑中心距原点误差≤2cm。

（2）启动运动目标控制系统。红色光斑能在 30 秒内沿屏幕四周边线顺时针移动一周，移动时光斑中心距边线距离≤2cm。

（3） 用约 1.8cm 宽的黑色电工胶带沿 A4 纸四边贴一个长方形，构成 A4 靶纸。将此 A4 靶纸贴在屏幕自定的位置。启动运动目标控制系统，红色光斑能在30 秒内沿胶带顺时针移动一周。超时不得分，光斑完全脱离胶带一次扣 2 分， 连续脱离胶带移动 5cm 以上记为 0 分。

（4）   将上述 A4 靶纸以任意旋转角度贴在屏幕任意位置。启动运动目标控制系统，要求同（3）。

2.   发挥部分

（1） 运动目标位置复位， 一键启动自动追踪系统，控制绿色光斑能在 2 秒内追踪红色光斑，追踪成功发出连续声光提示。此时两个光斑中心距离应≤3cm。

（2）运动目标重复基本要求（3） ~（4）的动作。绿色激光笔发射端可以放置在其放置线段的任意位置，同时启动运动目标及自动追踪系统，绿色光斑能自动追踪红色光斑。启动系统2秒后，应追踪成功，发出连续声光提示。此后，追踪过程中两个光斑中心距离大于 3cm 时，定义为追踪失败，一次扣 2 分。连续追踪失败 3 秒以上记为 0 分。

运动目标控制系统和自动追踪系统均需设置暂停键。同时按下暂停键，红色和绿色光斑应立即制动，以便测量两个光斑中心距离。

（3）其他。

三、 说明

（ 1） 红色、 绿色光斑位置控制系统必须相互独立，之间不得有任何方式通信；光斑直径小于 1cm；屏幕上无任何电子元件；控制系统不能采用台式计算机或笔记本电脑。不符合要求不进行测试。

（2）基本要求（3）、（4）未得分不进行发挥部分（2）的测试。

四、 评分标准

STCAI-3***

                                       2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科F组

                                                                                                                   参赛注意事项

（1）8 月 2日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）  参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）  参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）  每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。

（5）  竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                            基于声传播的智能定位系统（F 题）

【本科组】

一、 任务

基于物体固有频率以及介质中声传播特性，应用模式识别、机器学习等算法， 设计并制作一套智能定位系统，实现对特定区域内敲击声源或放置的物件进行探测和定位

。

系统包括一块水平放置的正方形平面板，边长为450mm，俯视图及直角坐标系定义如图1所示。特定区域M是边长300mm的正方形，其中心定义为坐标原点O。平面板四个角60mm×60mm的正方形定义为区域Z，在区域Z内安装电声或声电转换部件，用于激发或探测在平面板内部传播的声信号。

        图1平面板俯视图及坐标系定义

二、 要求
           1.   基本要求

            （1）   自制信号发生器，产生步进扫频信号，频率范围为 15kHz~20kHz，步进频率 1kHz，扫频周期为 5 秒。通过电声部件转换为声信号并注入平面板，由不在同一位置的任意声电转换部件接收该声信号，预留测试端口，通过示波器观测接收到的信号。

            （2）   按图2中红色粗框线将区域M均匀划分为6×6的大方格。一键启动系统后，在指定方格中敲击一次，系统在5秒内完成探测定位并显示对应方格编号。显示格式为横轴编号在前，纵轴编号在后，中间以逗号分割，例如：（EF，0304）、（GH，1112）。

      
                   图2 区域M均匀划分为多分格的示意图

            

           2.   发挥部分

              （1）  按图2将区域M均匀划分为12×12的小方格。将磁铁圆片放置在指定的某一方格内后，一键启动系统，在15秒内完成定位并显示圆片所在的方格编号， 显示格式为横轴编号在前，纵轴编号在后，中间以逗号分割，例如：（E，08）、（I，10）。

              （2）  将磁铁圆片放置在区域 M 中任意指定的位置后，一键启动系统，在20秒内完成定位并显示其直角坐标数值，单位为mm，横轴坐标在前，纵轴坐标在后，中间以逗号分割，例如：（-50mm，100mm）。定位误差不大于 10mm

              （3）  其他。

三、 说明

             （1）  正方形平面板应选用亚克力材质。边长为 450mm±10mm；厚度均匀且为 8mm±1mm。使用标记笔在表面画格和标注，但不得进行其他加工处理。

             （2）  电声/声电部件和必要的支撑固定部件必须都安装在平面板区域Z 内。

             （3）  敲击平面板的端面应足够小，以便能分辨敲击位置。

             （4）  采用钕铁硼磁铁圆片（直径 12mm，厚度 2mm），在平面板上、下表面各叠放 5 片，隔平面板相互吸合。磁铁圆片的圆心作为发挥部分（2）定位的基准位置。

             （5）   各项任务测试时，均要求先将系统切换到相应工作模式，一键启动后， 显示或输出结果。两项测试之间，允许复位系统。

             （6）   探测和定位功能仅限于利用在平面板材料内部传播的声波信号，不得使用其他类型传感器。

四、 评分标准

STCAI-3***

                                             2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科G组

                                                                                                           参赛注意事项

（1）8 月 2日 8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）每队严格限制3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5 日20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                                        空地协同智能消防系统（G 题）

【本科组】

一、任务

       设计一个由四旋翼无人机及消防车构成的空地协同智能消防系统。无人机上安装垂直向下的激光笔用于指示巡逻航迹。巡防区域为40dm× 48dm无人机巡逻时可覆盖地面 8dm 宽度区域。以缩短完成全覆盖巡逻时间为原则，无人机按照规划航线巡逻。发现火情后立即采取初步消防措施，并将火源地点位置信息发给消防车，使其前往熄灭火源。空地协同巡逻及消防工作完成时间越短越好。

                            图 1 消防区域示意图

二、要求

1、基本要求

（1）参赛队需自制模拟火源。模拟火源是用电池供电的红色光源，如LED等，用激光笔持续照射可控制开启或关闭：持续照射 2 秒左右开启，再持续照射2秒左右关闭。

（2）展示规划的巡逻航线图，在消防车上按键启动无人机垂直起飞后，无人机以 18dm 左右高度，在巡防区域按规划的航线完成全覆盖巡逻。

（3）无人机与消防车之间采用无线通信；巡逻期间无人机每秒向消防车发送 1 次位置坐标信息，消防车上显示器实时更新显示无人机位置坐标信息。

（4）巡逻中，消防车显示器显示巡逻航迹曲线，计算并显示累计巡逻航程。

（5）完成巡逻后，无人机返回，准确降落在起飞区域内。

2、发挥部分

（1）手动操作激光笔点亮一个火源。在消防车上启动无人机巡逻。无人机按规划航线巡逻，发现火情后，前往接近火源（水平距离≤5dm）识别确认，再在无人机上用 LED 指示灯示警。

（2）无人机飞至火源地点上方，降低至 10dm 左右高度，悬停 3s 后抛洒灭火包，灭火包落在以火源点为中心、半径 3dm圆形区域内；再将火源地点位置坐标发送给消防车，然后继续巡逻，完成后返航回到起飞点。

（3）消防车接收到火情信息，显示火源地点位置坐标后，从消防站出发前往火源地点，途中不得碾压街区及其边界线，在 5dm距离内以激光笔光束照射模拟火源将其熄灭。

（4）熄灭模拟火源后消防车返回到出发区域内。发挥部分限时 360s 内完成。

（5）其他。

三、说明

1、消防巡防区域说明

（1）参赛队在赛区提供的场地测试，不得擅自改变测试环境条件。

（2）图 1 中消防巡防区域铺设的亚光喷绘布底色为淡灰色（R-240、G-240、B-240）；白色部分是街区，消防车不得驶入；街区以外区域淡灰色地面上画有 1dm×1dm的坐标线，线条颜色为淡蓝色（R-180、G-230、B-255）；左下方为坐标原点（0，0），右上方顶点坐标

（48，40）；左下角黑色区域是无人机起降点，红色区域是消防车停车点。无人机可在整个巡防区域上空飞行，消防车只能在街区以外区域行驶，且不得碾压边界线。

（3）消防车上激光笔照射在地面的光斑直径不得大于 2cm；无人机上的激光笔固定不得转动，光斑直径不得大于 6mm。

（4）参赛队需制作 3 只带电源开关的模拟火源，根据评委指示放置在某些白色街区中。模拟火源可用电池供电的红色 LED 等，需带向上的喇叭形遮光罩，遮光罩角度约 60°左右，见图2，高度不超过 10cm。可用激光笔控制其开启或关闭。竞赛结束一并封入作品箱。

（5）巡防区上方、右侧各有一条 1.8cm 宽黑色标志线，用于无人机辅助定位，也可采用 UWB等其他定位方式；巡防区域内坐标线仅用于方便观察无人机航迹及消防车位置之用。无人机巡逻飞行时，激光笔扫到 8dm×8dm粗线框区域内某处，即视为巡逻覆盖了该区域。

（6）灭火包可采用沙袋等软质物品，重量不小于 10g。无人机释放抛洒灭火包的方式不限。

（7）40dm×48dm巡防区四周及顶部设置安全网，支架在安全网外。若有辅助定位装置，须在巡防区及其上方空间之外。

（8）测试现场避免阳光直射，但不排除顶部照明灯及窗外环境光照射，参赛队应考虑到测试现场会受到外界光照或室内照明不均等影响因素；测试时不得提出光照条件要求。

2、无人机及消防车要求

（1）参赛队使用无人机时应遵守中国民用航空局的相关管理规定。

（2）无人机最大轴间距不大于 45cm。

（3）无人机桨叶必须全防护，否则不予测试。

（4）无人机上的激光笔垂直向下安装，不得移动、转动。

（5）起飞前，无人机可手动放置到起降点；手动一键启动起飞，起飞后整个飞行过程中不得人为干预；若采用无人机以外的启动或急停操作装置，一键启动起飞操作后必须立刻将装置交给工作人员。

（6）调试及测试时必须佩戴防护眼镜，戴防护手套，穿长袖长裤。

（7）消防车要求使用 4轮电动小车，长宽投影尺寸不大于 20cm×35cm， 高度不大于 40cm；不得使用麦克纳姆轮。

3、测试要求与说明

（1）测试时，自带一只与消防车上相同的激光笔。

（2）题目中火源地点、无人机位置等坐标信息均为在地面的投影坐标；坐标以巡防区域左下角为原点，单位为分米（dm）。

（3）开始测试前，向测试评委展示含尺寸的巡逻规划航线图，方式不限。

（4）基本要求、发挥部分中各项要求在同一按键启动后自动连续完成，期间不得人为干预无人机或消防车工作。中途停止后，记录已完成部分成绩。

（5）发挥部分测试前，根据测试评委指示，用激光笔点亮某个模拟火源。

（6）消防车可在巡防区内有坐标线区域行驶，碾压巡防区域边界及街区黑色边界线将扣分。

（7）每次测试全过程中不得更换电池；两次测试之间允许更换电池，更换电池时间不大于 2 分钟。

STCAI-3***

                                      2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-本科H组

                                                                                                                参赛注意事项

（1）8月 2 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2） 参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）  参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身

（4）  份的有效证件（如学生证）随时备查。

（5）  每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

（6）   竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队   取消评审资格。

（6）8 月 5日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                       信号分离装置（H 题）

【本科组】

一、任务

设计并制作信号分离装置，如图 1所示。一台双路输出信号源输出 2 路周期信号 A 和B（频率范围：20kHz ~100kHz，且 fA  ＜fB；峰峰值均为1V），经增益为 1的加法器产生混合信号 C，信号 C 通过分离电路分离出信号 A’和 B’。要求信号 A’和 B’相比信号 A和 B波形无失真，A’和 A、B’和 B 的波形在示波器上能连续稳定同频显示。

                         图 1 信号分离装置框图

二、要求

1.  基本要求

（1）   制作增益为 1 的加法器，实现 C=A+B。

（2）   信号 A 和B 均为正弦波，fA =50kHz，fB =100kHz。要求装置能正确分离出信号 A’和B’，且峰峰值均不小于 1V。

（3）  信号 A 和 B 均为正弦波，频率分别为 10kHz的整数倍。要求装置能正确分离出信号A’和 B’，且峰峰值均不小于 1V。

2.  发挥部分

（1）  信号 A 和 B 分别为正弦波或三角波，频率分别为 5kHz的整数倍。要求装置能正确分离出信号 A’和B’，且峰峰值均不小于 1V。

（2）  发挥部分（1）中，信号A 和 B 均为正弦波，且 fB 是 fA 的整数倍。要求装置能设置并控制信号 B’与 A’的初相位差，范围 0°~180°，设置分辨率 5°，误差绝对值不大于 5°。

（3）  其他。

三、说明
（1）预留信号 A、B、C、A’和 B’测试端口
（2）“加法器”为独立电路板，由移动电源供电，其与“分离电路”只有信号 C 和地线连接，两者不得存在其他连线或通信方式，否则不予测试。
（3）“分离电路”可配有唯一 1 个启动键。每项信号分离测试时，设置信号源参数过程中不允许触碰“分离电路”，参数设置完毕后，允许按一次启动键，后续无人工干预。信号分离时间不大于 20s。
（4）发挥部分（2）中，令信号 A’为 sinωA’t，信号 B’为 sin(ωB’t+φ)，本题定义 φ 为信号 B’与 A’的初相位差（参见图 2）。测试时，设置信号源参数和初相位差后，允许按一次启动键，后续无人工干预。完成时间不大于 20s。
（5）“稳定同频显示”的测试方法：设置信号 A 为示波器触发源，调节水平扫描速度使得示波器上显示 4~8 个周期的信号 A 波形，此时观测信号 A’波形应与信号 A 同频率、不失真，稳定显示不漂移。


                        图 2 初相位差图示

四、评分标准

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                                                     2023 年全国大学生电子设计竞赛试题-高职高专I组
                                                                                                             参赛注意事项
（1） 8 月 2 日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。
（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。
（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。
（6） 8 月 5 日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
                                                                                 气垫悬浮车（I 题）
【高职高专组】
一、任务
设计并制作一辆采用高速轴流风机驱动的气垫悬浮车。悬浮车测试赛道如图 1 所示。


                         图 1 悬浮车测试赛道

二、要求
1．基本部分
（ 1）在图 1 所示测试赛道上不摆放障碍物，将气垫悬浮车放在启/停点上一键启动后，气垫悬浮车能在启/停点缓慢升起，悬浮高度大于 2mm，悬停时间大于 2s。
（ 2）气垫悬浮车由启/停点出发，沿测试赛道逆时针方向完成寻迹运行一周后，停在启/停点上。 要求运行时间小于 180s，超时停止测试。
（ 3）完成气垫悬浮车在标识线 A 与标识线 B 之间往返运行控制，气垫悬浮车由 A点沿测试赛道逆时针方向出发，到达 B 后返回到 A，再由 A 折返到 B，最终停在启/停点上。 要求运行时间小于 120s，超时停止测试。

2．发挥部分
（ 1） 避障功能： 将 2 个障碍物按要求摆放在测试赛道上 180cm 的直线段和标识线A、 B 间弯道指定位置上。一键启动气垫悬浮车，气垫悬浮车能在启/停点缓慢升起并悬停，悬停时间不小于 10s，悬停结束后发出声光提示，然后按逆时针方向寻迹运行一周，在遇到障碍物时应绕过障碍物，发出声光提示，避障后返回到寻迹线上继续运行。 运行一周后泊车在启/停点上， 泊车后自动关机并进行定位检测。要求运行时间小于 180s，超时停止测试。
（ 2） 2 个障碍物放置同上， 气垫悬浮车由 A 点沿寻迹线逆时针方向出发，到达 B 点后返回到 A 点，再由 A 点沿逆时针方向行驶经过 B 点，最终泊车在启/停点上， 泊车后自动关机并进行定位检测。要求运行时间小于 120s，超时停止测试。
（ 3）在运行中以语音方式实时播报运行信息。
（ 4）其他。

三、说明
1. 气垫悬浮车的悬浮与前进或倒退所需动力均由高速轴流风机来产生，所用高速轴流风机的数量和型号不作限制。对气垫悬浮车外形尺寸要求为：长度＜35cm、宽度＜25cm，高度＜20cm。不允许在车体上安装任何类型车轮，外形尺寸超标和安装有车轮均不予测试。
2. 在气垫悬浮车身上应标有明显的中心定位十字标识，便于进行停车定位测量。
3. 气垫悬浮车采用电池供电， 在基本要求和发挥部分测试间隙允许更换一次电池，更换时间不大于 120s。
4. 黑色寻迹线宽度为 1.8cm， 测试时测试赛道自带（不用封在作品箱中）。
5. 障碍物采用直径约 6cm，容积为 350ml 左右并装满水的矿泉水瓶， 测试时自带。
6. 气垫悬浮车避障时只能从障碍物的左或右侧绕行通过，通过障碍后悬浮车应在距离障碍物 40cm 区间内返回到寻迹线上，气垫悬浮车如果触碰到障碍物或推动障碍物运行、没有在规定区间内返回到寻迹线上均扣分。
7. 停车定位检测要求：以场地上启/停点的十字线中心为基准，与车身上的十字中心点距离不大于 10cm，超过距离扣分。
8. 要求气垫悬浮车能用语音模块来播报运行信息，运行信息包括： 悬停时间、循环运行、躲避障碍数量、稳定停车等内容。

四、评分标准

STCAI-3***

                                                               2023年全国大学生电子设计竞赛试题-高职高专J组
                                                                                                                    参赛注意事项
（1）8 月 2日 8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。

（2）  参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。

（3）   参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。

（4）  每队严格限制 3 人，开赛后不得中途更换队员。

（5）   竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。

（6）8 月 5日 20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。

                                                                                                     线路故障自动检测系统（J 题）

【高职高专组】

一、任务

一个简化的信号传输线路等效网络如图1，其中元件可能存在多种形态的故障，导致线路无法正常传输信号。要求设计一套线路故障自动检测装置，能判定并显示线路中故障位置和类型，如图2所示。

网络两个端口的接线端子分别表示为A+、A-和B+、B-。假定每个电感或电容元件可能发生断路故障或短路故障，而二极管元件只可能发生断路故障。

      图1 信号传输线路等效网络示意图

      图2 故障自动检测系统示意图

二、要求
1.        基本要求
图1中开关S为闭合状态。线路网络中只存在一个电感元件或电容元件故障。按下启动键后，系统自动检测并显示故障元件编号及故障类型（断路或短路）。

2.        发挥部分
图1中开关S为断开状态。
（1）        线路网络中有一个二极管存在断路故障。同时，还存在一个电感或电容元件故障。按下启动键后，系统自动检测并显示故障元件编号及故障类型。
（2）        线路网络或无故障，或只存在一个电感或电容元件故障，或二极管中有一个存在断路故障的同时还存在一个电感或电容元件故障。按下启动键后，系统自动检测并显示系统状态（是否有故障），以及在有故障时故障元件编号及故障类型。
（3）        其他。

三、说明

1.自制独立的被测线路网络，端口接线柱清晰易辨识，所有主要元件有明确标识。线路网络只允许通过两个端口对外连接。
2.自制的线路网络中，采用如图3所示的方法模拟各元件的断路故障和短路故障。其中开关可以使用跳线帽来实现。

      图 3  线路网络中元件故障的模拟方法

3.允许针对基本要求、发挥部分（1）和（2），分别设置一个启动键；也可以直接针对发挥部分第（2）条，设置一个启动键。在各次测试之间，允许系统断电，也允许手动释放线路网络中电容元件的存量电荷。自动检测系统一旦上电后，仅允许按一次启动键，不允许额外操作。

四、评分标准