2023年电子设计竞赛中B题：同轴电缆长度及终端负载检测装置

简介：
本项目旨在开发一种用于检测同轴电缆长度及其终端负载特性的设备。通过精确测量，帮助工程师快速诊断和解决通信系统中的故障问题。 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。 在众多全国大学生电子设计竞赛（以下简称“电赛”）题目中，2023年B题——同轴电缆长度与终端负载检测装置是一项对参赛者电子设计和实践能力的重大挑战。该题目要求参赛队伍设计并制作一个能够同时检测同轴电缆长度及终端负载的装置，考验学生对于电磁波传播、信号反射衰减特性的理解，并且需要他们将理论知识应用于实际操作中，完成集成有信号源和测量处理电路的复杂系统。 在设计过程中，参赛者必须首先考虑如何精确地测量电缆长度。这主要依赖于选择合适的信号处理算法并进行优化。设计人员需熟悉同轴电缆中的信号传播原理，并理解入射波与反射波之间的关系，以此为基础来设计相关电路。通过测量入射信号和反射信号之间的时间差，可以计算出信号的往返距离，进而推算出实际电缆长度。在这一过程中，准确地检测到信号并精确测定时间是减小误差的关键。 负载识别同样具有挑战性。由于终端可能接有电阻或电容负荷，因此装置需要能够区分这两种类型，并且能精准测量参数值。设计者必须考虑电路中如何实现对不同类型的负载进行有效辨识和处理，在开路条件下快速切换至检测模式。整个过程要求在5秒内完成，这需要精心设计的电路以及高效的算法支持。 除了基本功能之外，创新性地扩展额外性能是获取高分的关键途径之一。例如通过技术改进来扩大测量范围、降低盲区，并增加其他辅助功能等都可以作为加分项。这就需要参赛者具备创造性思维，在保证基础要求的同时进一步优化系统效能和实用性以提高市场竞争力。 该装置的供电方式也提出了具体限制，即不超过6V单电源供电的要求。这便促使设计人员在电路设计时需充分考虑节能策略，确保整个设备能在低功耗条件下稳定运行。同时，良好的用户界面也是必不可少的一部分；例如设置“长度检测”和“负载检测”两个按键以方便操作。 撰写详细的设计报告是参赛过程中的重要环节。内容应包括设计理念、原理说明（电路设计与程序编写）、测试方案及其结果分析等部分，并且结构清晰、条理分明，以便评审专家全面评估其合理性及创新性。每一个细节，从理论基础到实际应用的逻辑构建再到最终的数据验证都将是评价的重点。 在技术实现方面参赛者需要展示出扎实的专业知识以及对模拟和数字信号处理技巧的应用能力；同时他们还需要具备准确测量电阻电容值的能力，并以此作为评估检测误差的标准之一。 这项竞赛不仅是对于电子设计及信号分析理论的检验，更是团队合作能力和创新精神的一次全面考察。成功制作符合要求的装置将会是对参赛者综合实践技能的重要锻炼机会。通过此类比赛学生们可以更好地将所学知识应用于解决实际问题当中，并为未来的工程技术生涯奠定坚实的基础。