（电子信息综合实践 / 课程设计 / 科创选题参考）
项目概述 本项目以纯模拟电路作为控制核心，完成小车在黑线循迹、超声波避障及红外跟随等多场景下的运动控制。通过传感器接口、比较器、电机驱动等模块的系统性联调，夯实模拟电路设计、模拟信号处理的工程实践基础。循迹避障小车套件是一款面向模拟电路教学的项目式实验产品，由循迹小车调试底座和模块化循迹小车两部分组成。调试底座可与口袋实验箱无缝插接，让小车在调试阶段摆脱对跑道的依赖，学生可在实验桌上完成全部电路调试，待电路工作正常后再上跑道验证，大幅提高实验效率与成功率。小车整机结构紧凑，尺寸仅为13cm×9cm×5.5cm，由小车底盘、循迹传感器模块、测距传感器模块、信号调理和控制模块组成，采用单节18650锂电池供电，板载充电与保护模块，使用安全、续航便捷。产品全面贯彻模块化与可替换设计理念：循迹传感器模块和测距传感器模块均可自由更换，方便用户对比和选择不同的循迹与测距方式；信号调理和控制模块同样支持替换，既可以是学生自制的面包板电路，也可以是自行绘制并焊接的PCB成品电路，还可以接入FPGA模块或STM32模块进行控制，套件标配面包板模块和PCB循迹避障模块，兼顾入门搭建与进阶开发。
核心开发任务
1. 黑线循迹
2. 超声波遇障停止
3. 循迹过程中遇障停止
4. 超声波车距保持
5. 红外热源方向跟随
6. 红外热源位置跟踪
7. 电磁轨道循迹
8. 三极管电流源实验
9. LC 谐振实验
10. 峰值检波实验
关键技术与知识点 传感器信号调理、电压比较器应用、直流电机功率驱动、LC 谐振网络特性、峰值检波电路。
硬件参考选型 直流减速电机、红外循迹传感器、超声波模块、红外热源接收管、运算放大器、比较器、三极管、LC 无源元件、电机驱动芯片。
验收考核指标
1. 黑线循迹小车可沿轨迹稳定行驶，无频繁脱轨；
2. 超声波检测障碍物可实现可靠停车、车距保持功能；
3. 可实现红外热源方向跟随与位置跟踪；
4. 完成三极管电流源、LC 谐振、峰值检波基础电路测试，输出波形符合理论预期。
项目重难点与工程风险
1. 传感器输出信号幅值易受环境光干扰，需要合理调节比较器阈值；
2. 电机驱动大电流会带来电源噪声，影响模拟比较器工作稳定性；
3. LC 谐振回路参数受器件寄生参数影响，谐振点会出现偏移。
项目概述 围绕历届电子设计竞赛典型真题，开展从数模转换、信号合成、波形发生的完整信号链实验，训练模拟信号产生、变换与观测能力，建立模数混合电路系统设计思维。
核心开发任务
1. 电容测量 / 纸张计数实验
2. R2R 型 DAC 实验
3. 覆铜手写板实验
4. 信号合成与分解实验
5. 键控调频连续脉冲发生器实验
6. 多波形发生器实验
关键技术与知识点 R2R 数模转换、信号调理电路、信号合成与频谱分解、脉冲调频、模拟波形发生电路。
硬件参考选型 高精度电阻网络、运算放大器、模拟开关、电容电感无源器件、覆铜采集板、示波器（测试观测）。
验收考核指标
1. R2R-DAC 输出阶梯电压线性误差控制在 5% 以内；
2. 电容测量可稳定区分不同纸张层数；
3. 多波形发生器可输出正弦、三角、方波多种波形；
4. 可完成信号合成与分解，示波器可观测对应频谱效果。
项目重难点与工程风险
1. R2R DAC 对电阻匹配精度敏感，电阻失配会引入非线性失真；
2. 电容测量极易受 PCB 寄生电容干扰，需要屏蔽处理；
3. 高频波形输出受运放压摆率、带宽参数限制。
项目概述 以 DSP 或 FPGA 为核心处理单元，构建面向吉他、麦克风输入的实时音频效果器，完成均衡、混响、延时、失真等经典音效算法的硬件实现与参数优化，掌握实时音频信号处理完整流程。
核心开发任务
1. 音频前端：乐器 / 线路输入放大与抗混叠滤波
2. 音频编解码芯片（CODEC，I2S 接口）配置与数据通路搭建
3. FIR/IIR 数字滤波器设计与定点化实现
4. 多频段图示均衡器（EQ）与参数可调
5. 回声（Delay）与混响（Reverb）算法实现
6. 失真 / 过载（Distortion）非线性音效算法
7. 合唱（Chorus）、镶边（Flanger）调制类音效
8. 旋钮 + 显示屏参数调节界面与预设存储
9. 实时频谱 / 电平表显示
10. 指标测试：THD、信噪比、端到端延迟（<10ms 目标）
关键技术与知识点 I2S 音频接口协议、FIR/IIR 数字滤波器、定点数字信号处理、实时嵌入式系统、音频算法实现。
硬件参考选型 FPGA/DSP 开发板、音频 CODEC 芯片、电位器旋钮、LCD/OLED 显示屏、音频输入输出接口、运算放大器。
验收考核指标
1. 端到端音频总延迟小于 10ms；
2. 均衡、混响、失真、合唱等音效可正常切换调节；
3. 可实时显示音频频谱与电平；
4. 完成 THD、信噪比指标测试并输出测试报告。
项目重难点与工程风险
1. 音频算法定点化处理容易产生量化噪声，需要合理位宽配置；
2. 模拟音频前端容易引入电源噪声，对电源滤波、接地设计要求高；
3. 实时处理对系统算力、缓存资源占用压力较大。
项目概述 设计可穿戴或台式多参数健康监测设备，完成应变称重、心电、心率、血氧、体温等多类生命体征信号采集、算法计算，实现本地显示与蓝牙无线数据上传，面向人体健康监测场景。
核心开发任务
1. 应变片称重：仪表放大器的应用
2. 心率计算：峰值检测 / 自相关算法与实时性优化
3. 血氧饱和度：红光 / 红外双波长采集与比值法（R 值标定）
4. 三导联心电采集：仪表放大器、右腿驱动与工频陷波
5. 体温测量：PT100、热电堆非接触测温
6. 超声波测距：PWM 滤波器设计
7. OLED 实时波形与参数显示界面
8. 蓝牙 BLE 上传手机 App，历史数据存储与曲线
9. 低功耗设计：休眠策略与电池续航评估
10. 与商用血氧仪 / 心率带对比实验与误差分析
关键技术与知识点 生物电信号放大、光电传感技术、数字滤波算法、BLE 无线通信、低功耗嵌入式系统设计、多传感器融合。
硬件参考选型 仪表放大器、应变片、PT100、热电堆、血氧光电传感器、心电电极、BLE 蓝牙模块、OLED 屏幕、锂电池电源管理模块。
验收考核指标
1. 心电波形可有效提取，抑制 50Hz 工频干扰；
2. 心率、血氧测量与商用设备对比误差在合理范围；
3. BLE 蓝牙可以稳定上传体征数据；
4. 低功耗休眠模式电流显著降低，完成续航评估。
项目重难点与工程风险
1. 心电等生物电属于 mV 级微弱信号，极易受人体运动、工频干扰；
2. 血氧测量受佩戴位置、环境光影响大，需要算法做补偿；
3. 多传感器同时采集需要兼顾采样速率与整机功耗平衡。
项目概述 面向工业旋转机械预测性维护需求，搭建振动信号采集节点，完成 IEPE 传感器激励、信号调理、时域频域特征提取，实现设备故障识别、本地存储与无线报警上传。
核心开发任务
1. IEPE 加速度传感器恒流源激励电路设计
2. 电荷 / 电压放大与抗混叠滤波前端
3. 多通道同步高速采集（≥10kSa/s/ 通道）
4. 时域特征计算：有效值、峰值、峰峰值、峭度指标
5. 频域分析：FFT 频谱与转频、轴承特征频率提取
6. 包络解调分析用于轴承早期故障诊断
7. 阈值 / 趋势报警策略与事件记录
8. RS-485 或 LoRa 无线上传与上位机监控软件
9. SD 卡本地大容量波形存储
10. 小型电机实验台验证：不平衡、不对中、松动故障模拟
关键技术与知识点 IEPE 恒流源接口、振动信号时域 频域分析、包络解调故障诊断、FFT 频谱分析、工业总线与 LoRa 无线通信。
硬件参考选型 IEPE 加速度振动传感器、高速 ADC、运算放大器、LoRa 模块、RS-485 收发芯片、SD 卡存储模块、小型电机故障模拟实验台。
验收考核指标
1. 多通道同步采样速率≥10kSa/s；
2. 可正确计算振动时域指标，输出 FFT 频谱；
3. 可对模拟故障完成报警触发、事件记录；
4. 支持本地 SD 卡存储与无线数据上传上位机。
项目重难点与工程风险
1. 高速采集对模拟前端抗混叠滤波性能要求高；
2. 工业环境容易引入强电磁干扰，需要做好隔离接地；
3. 早期故障特征信号微弱，容易被噪声淹没。
项目概述 基于 24 位 Σ-Δ ADC 搭建 8-16 通道温度巡检装置，兼容 PT100 热电阻与热电偶输入，实现多点温度场测量，目标测量精度 0.1℃，可用于温箱标定、多点温度分布测试。
核心开发任务
1. PT100 三线制 / 四线制恒流源测量电路
2. 24 位 Σ-Δ ADC（如 ADS1248）配置与噪声优化
3. 热电偶测量与冷端补偿电路
4. 多路模拟开关通道扫描与通道自校准
5. 非线性校正：查表法与多项式拟合
6. 巡检策略：扫描周期、滤波与数据记录
7. 越限报警与继电器输出控制
8. LCD 多通道数值 / 曲线显示
9. USB / 串口数据导出与上位机记录软件
10. 与标准温度计比对标定与不确定度分析
关键技术与知识点 热电阻、热电偶测温原理，Σ-Δ ADC 应用，多路模拟切换，系统自校准，非线性校正，测量不确定度分析。
硬件参考选型 ADS1248 24 位 ADC、PT100 铂电阻、热电偶、多路模拟开关、恒流源芯片、LCD 显示屏、继电器模块。
验收考核指标
1. 测温系统整体精度达到 0.1℃；
2. 支持多通道轮询扫描，完成通道自校准；
3. 温度越限触发继电器报警输出；
4. 可导出测量数据，完成与标准温度计比对标定。
项目重难点与工程风险
1. PT100 引线电阻会带来测量误差，三线 / 四线制布线工艺非常关键；
2. 热电偶必须做好冷端温度补偿，否则会引入系统偏差；
3. Σ-Δ ADC 采样速率与噪声存在权衡关系。
项目概述 基于 24GHz 零中频雷达射频前端，搭建电源管理、波形产生、中频信号调理、信号选通、测距显示完整实验链路，深入掌握 FMCW 调频连续波、多普勒测速底层机理。
核心开发任务
1. 电源变换实验
2. 波形产生实验
3. 高通滤波器实验
4. 信号选通控制实验（窗口比较器 + 组合逻辑）
5. 信号选通实验（模拟开关与比较器）
6. 测距和显示
7. 扩展：中频放大与带通滤波链路增益分配
8. 扩展：多普勒测速实验与速度-频率换算
9. 扩展：多目标场景下的距离分辨与误差分析
关键技术与知识点 零中频接收架构、FMCW 测距原理、有源滤波器设计、窗口比较器、模拟开关、多普勒效应。
硬件参考选型 24GHz 雷达射频前端、运算放大器、窗口比较器、模拟开关、DDS 波形发生器、电源变换模块、LCD 显示模块。
验收考核指标
1. 电源变换、波形生成、滤波、信号选通各模块功能正常；
2. 可以实现单目标距离测量并本地显示；
3. 拓展任务可完成多普勒测速，实现速度 频率换算；
4. 完成测距系统误差分析。
项目重难点与工程风险
1. 射频中频信号幅值微弱，放大链路增益分配不当容易饱和；
2. 零中频架构存在本振泄露、直流偏移问题；
3. 多目标场景下距离分辨能力受雷达参数限制。
项目概述 构建 “传感节点-LoRa 网关-云平台” 三层架构农田环境监测网络，完成土壤、气象环境参数采集，实现远距离低功耗无线组网，完成数据可视化与设备联动控制，面向智慧农业场景。
核心开发任务
1. 土壤温湿度 / EC 传感器接口与采集调理
2. 空气温湿度、光照强度、CO₂ 浓度采集
3. LoRa 节点设计：星型组网与简单自组网协议
4. 低功耗设计：定时休眠唤醒与太阳能 + 锂电池供电
5. LoRa 网关：多信道接收与 4G/Wi-Fi 数据回传
6. MQTT 协议上报云平台（私有 EMQX 或公有云）
7. Web / 手机端数据看板：实时值、历史曲线、GIS 地图
8. 阈值报警与灌溉电磁阀联动控制
9. 实地测试：通信距离、丢包率与节点续航评估
关键技术与知识点 LoRa 远距离无线组网、嵌入式低功耗设计、MQTT 物联网协议、传感器信号调理、云平台对接、GIS 数据可视化。
硬件参考选型 LoRa 射频模块、环境 / 土壤传感器、太阳能充电管理模块、锂电池、4G 网关模块、电磁阀驱动电路。
验收考核指标
1. 各环境传感器采集数据稳定；
2. LoRa 节点-网关通信正常，完成实地通信距离、丢包率测试；
3. MQTT 可上报至云平台，Web 端展示数据曲线与 GIS 地图；
4. 超标条件可触发灌溉电磁阀联动。
项目重难点与工程风险
1. 农田野外环境，需要兼顾低功耗续航与太阳能供电稳定性；
2. LoRa 无线通信容易受植被、地形遮挡影响通信质量；
3. 土壤 EC 传感器容易被土壤腐蚀，硬件防护、信号漂移需要处理。
项目概述 开发安装于井盖内侧的物联网监测终端，实现开盖异动报警、水浸、液位检测，依靠 NB-IoT 广域低功耗网络完成告警上报，面向城市市政管网监测工程场景。
核心开发任务
1. 倾角 / 加速度传感器异动与开盖检测算法
2. 水浸检测与超声波 / 投入式液位测量
3. NB-IoT 模组入网：AT 指令、CoAP/MQTT 通信
4. 超低功耗设计：PSM/eDRX 模式配置与电流实测
5. 电池容量估算与 3~5 年续航设计
6. 告警策略：报警触发、心跳包与重传机制
7. 平台侧设备管理、告警推送与微信小程序通知
8. GIS 地图定位与资产编号管理界面
9. 防拆 / 防盗逻辑与磁力开关辅助检测
10. 井下弱信号环境天线匹配与通信成功率测试
关键技术与知识点 NB-IoT 低功耗广域通信、PSM/eDRX 功耗模式、多传感器融合检测、电池续航评估、物联网平台对接。
硬件参考选型 NB IoT 通信模组、加速度倾角传感器、液位 / 水浸传感器、磁力开关、锂电池、低功耗 MCU、高增益井下天线。
验收考核指标
1. 可识别开盖异动、井下进水液位事件并触发告警；
2. PSM 休眠模式整机电流达到微安级别；
3. 告警消息、心跳包可靠上传云平台，小程序完成告警推送；
4. 井下弱信号环境完成天线匹配与通信成功率测试。
项目重难点与工程风险
1. 井下环境信号弱，天线匹配直接决定通信成功率；
2. 设备依靠电池供电，功耗控制是项目核心难点；
3. 加速度开盖检测容易受车辆震动带来误触发，算法滤波策略需要优化。
项目概述 针对内部拓扑未知 RLC 无源黑盒网络，依靠端口激励 响应测试，完成网络拓扑判别、R/L/C 元件参数辨识，系统训练阻抗频域测量、相敏检波、自动扫频测量工程方法。
核心开发任务
1. 三角形 RLC 黑盒测试与计算
2. Y 型 RLC 黑盒测试与计算
3. RC 型黑盒测试与计算
4. RL 型黑盒测量与计算
5. 正弦测量激励产生：DDS 多频点（100Hz/1kHz/10kHz）
6. 自动平衡电桥 / I-V 转换测量电路与程控增益
7. 相敏检波：正交解调提取电压电流实部 / 虚部
8. 阻抗模值与相角计算，R/L/C 参数求解
9. 品质因数 Q、损耗角正切 D 与等效串并联模型切换
10. 测量电平与频率切换、量程自动切换
11. 开路 / 短路 / 负载三点校准算法
12. LCD 显示与按键交互、数据保持功能
13. 精度验证：与标准元件 / 商用 LCR 表比对
14. 扩展：自动元件识别与晶体管测试功能
关键技术与知识点 阻抗频域测量、交流电桥平衡原理、相敏检波正交解调、DDS 扫频信号源、测量系统校准、网络参数辨识。
硬件参考选型 DDS 信号源芯片、运算放大器、程控增益放大器、模拟开关、LCD 显示屏、RLC 标准参考元件。
验收考核指标
1. 可完成△、Y、RC、RL 各类黑盒网络测量，求解元件参数；
2. 支持多频点扫频测量，完成开路-短路-负载三点校准；
3. LCD 输出阻抗、Q 值、损耗角等参数；
4. 和商用 LCR 表比对，测量误差在可接受范围。
项目重难点与工程风险
1. 引线寄生电感、寄生电容会引入测量误差，必须做系统校准；
2. 相敏检波解调对相位同步要求高；
3. 宽量程下，小阻抗、大阻抗两端测量精度容易恶化。
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