竭力为客户提供满意的产品和服务 2014年TI杯大学生电子设计竞赛题 B题：金属物体探测定位器 1. 任务 设计并制作一个可自主移动的金属物体探测定位器（以下简称探测器），可探测置于玻璃板下的金属物体并给出定位指示。该探测器需采用TI公司LDC1000电感/数字转换器评估板（AY-LDC1000）作为金属物体探头，探头上应有定位指针，以给出明显定位指示。探头可在水平放置的玻璃板上移动。用直径Φ2（mm）的铁丝围成约50cm×50cm的正方形闭合框作为探测区边界置于玻璃板下，示意图见图1。 探头进入区无色透明普通玻璃板或有机玻璃板 玻璃板下 金属物体 玻璃板下 50cm×50cm 图1 金属物体探测环境示意图 铁丝方框 2. 要求 （1） 在探测区域内某处（距探测边界≥5cm）玻璃下放置一枚直径约19mm的镀镍钢芯1角硬币（第五套人民币的1角硬币）。探头能从“探头进入区”一侧任意指定位置和方向自行进入探测区（铁丝框包围区域）。通过探测，定位指针应指在硬币边沿之内，探测定位速度越快越好，且探测定位总时间应不超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）
（2） 将1角硬币更换成直径约25mm的镀镍钢芯1元硬币（第五套人民币
1元硬币），重复要求（1）的探测过程。定位完成后，定位指针与硬币圆心之间的定位误差应控制在5mm以；探测定位速度越快越好，探测定位总时间不应超过2分钟。完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动。（30分）
（3） 将硬币改为自制圆铁环（用Φ2铁丝绕制），铁环外直径4cm。重复要
求（1）的探测过程，应使定位指针尽可能指向铁环圆心，定位误差应
以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献
竭力为客户提供满意的产品和服务
控制在5mm以内；完成定位时给出声-光指示，此后探头不得再移动，探测定位总时间应不超过3分钟。（30分） （4） 其他自主发挥功能。（10分） （5） 设计报告。（20分） 项 目 系统方案 理论分析与计算 电路与程序设计 测试方案与测试结果 设计报告结构及规范性 主要内容 系统结构、方案比较与选择 探测器组成方案与工作原理分析、检测与控制算法 电路设计，程序结构与设计 测试结果及分析 摘要，设计报告正文的结构，公式、图表的规范性 总分 分数 4 6 5 3 2 20
3. 说明
（1） 金属物体探测定位装置探头采用AY-LDC1000板（由TI公司提供），
可直接用AY-LDC1000板上的覆铜线圈，也可自制线圈；不得安装其他传感与摄像装置。探测开始后，不得手动或遥控探测器。
（2） 玻璃板可采用普通无色玻璃（玻璃边沿需贴上胶带以防划伤），也可
用无色透明有机玻璃板；玻璃板长宽尺寸应大于50cm、厚度约3mm。
（3） 探头从“探头进入区”一侧进入时探头的起始位置和摆放方向，以及探
测区域内的被测金属物体摆放位置均由测试专家在现场指定。
2014年TI杯大学生电子设计竞赛题
C题：锁定放大器的设计
1．任务
设计制作一个用来检测微弱信号的锁定放大器（LIA）。锁定放大器基本组成框图见图1。
信号
信号通道 交流 放大器 带通 滤波器 x(t) 相敏 检波器 r(t) 方波 低通 滤波器 直流 放大器 输出 显示 S(t) 以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献 参考通道 参考 触发 移相器 竭力为客户提供满意的产品和服务
2．要求
（1）外接信号源提供频率为1kHz的正弦波信号，幅度自定，输入至参考信
号R(t)端。R(t)通过自制电阻分压网络降压接至被测信号S(t)端，S(t)幅度有效值为 10μV~1mV。（5分）
（2）参考通道的输出r(t)为方波信号，r(t)的相位相对参考信号R(t)可连续或
步进移相180度，步进间距小于10度。（20分）
（3）信号通道的3dB频带范围为900Hz~1100Hz。误差小于20%。（10分） （4）在锁定放大器输出端，设计一个能测量显示被测信号S(t)幅度有效值的
电路。测量显示值与S(t)有效值的误差小于10%。（15分）
（5）在锁定放大器信号S(t)输入端增加一个运放构成的加法器电路，实现S(t)
与干扰信号n(t)的1:1叠加，如图2所示。（5分）
（6）用另一信号源产生一个频率为1050~2100Hz的正弦波信号，作为n(t)叠
加在锁定放大器的输入端，信号幅度等于S(t)。n(t)亦可由与获得S(t)同样结构的电阻分压网络得到。锁定放大器应尽量降低n(t)对S(t)信号有效值测量的影响，测量误差小于10%。（20分）
（7）增加n(t)幅度，使之等于10S(t)，锁定放大器对S(t)信号有效值的测量误
差小于10%。（20分） （8）其他自主发挥。（5分） （9）设计报告。（20分）
项 目 系统方案 总体方案设计 主要内容 满分 4 图2 锁定放大器叠加噪声电路图
S(t) n(t)
信号 加法器 S(t)+n(t) 交流放大器 带通滤波器 锁定放大器 x(t) 以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献