备战国赛,有人从初中就开始了!

2019-10-17 11:13
媒体报导
摘要:西北大学余昊、李承志、惠玉皎小组在向国庆70周年致敬,最终不辱使命,让这三个年轻人拿到了电子及相关专业大学生梦寐以求的荣誉——国赛一等奖(以下简称“国一”),同时也使西北大学实现了国一“零”的突破。

“要坚持一天一块板子,没有了板子仿佛就一天没有了灵魂。” 这是 2019 年 4 月 14 日余昊发的朋友圈。


百余天后,当一辆插着红旗的电动小车出现在 2019 全国大学生电子设计竞赛(以下简称“国赛”)的复测场地时,成功地吸引了众人的目光,不仅仅是因为其富有年代感的装饰,更因为它远远超过其他对手的成绩——基础部分跑 62.2 圈(直径为 70cm 的跑道)、发挥部分跑 73.5 圈。


余昊团队(余昊、李承志、惠玉皎)和指导老师邓周虎 副教授


这款小车是西北大学余昊、李承志、惠玉皎小组在向国庆 70 周年致敬,最终不辱使命,让这三个年轻人拿到了电子及相关专业大学生梦寐以求的荣誉——国赛一等奖(以下简称“国一”),同时也使西北大学实现了国一“零”的突破。擅长文史哲的西北大学始于 1902 年建立的陕西大学堂,是西北历史最悠久的老牌名校,作为一个综合性大学,多年来国赛获奖成绩与专业院校相比有较大的差距。


成功的小组都是相似的,无外乎个人能力强、团队配合默契、学校支持给力……但这个斜刺里杀出的红旗小组能够从基础并不强的西北大学突围,是因为有着自己特别的故事。大多数国赛参与者的备赛始于大一或大二,但这个小组的备赛其实从余昊初二那年则已开始。


遇见:电火花的缘分

12 岁的福建莆田男孩余昊因为好奇,拆了一个废旧的万能充电器,上面各式各样、五颜六色的元器件立刻吸引了他,他迫不及待地想知道这些器件的功能和名称,于是向物理老师寻求帮助并获得了详细的解答。没过不久,他又从一个比较老的充电器里拆出了一个块头很大的工频变压器,当把输入端在电池上摩擦时,他惊喜地在输出端看到了电火花,这瞬间闪烁的火花在他眼中就像是绚烂的烟花,一下子击中了他,让他爱上了电子。


余昊老家的工作台


然而从一般人眼光来看,摆弄这些与学习没有太大关系的电子设计有些荒废学业,幸好他得到了初中、高中物理老师们的给力支持,不但帮他解惑,初中物理老师还送给了他一套焊接工具和万用表。为了得到更多的器件,除了用零花钱在淘宝购买器件和二手电路板外,余昊甚至会去废品收购站找一些废旧的板卡进行元件拆解。在这个时候,他发现以 TPS 开头的电源模块性能很强,这家叫德州仪器的公司生产的功放模块具有效率高、功率大、信噪比高、音色好、低音下潜有力、静态功耗小等优点。当时的余昊当然想不到这家公司在之后会助他在自己的电子之路上迈上一个大台阶。从初中到高中,很多作品在他手上诞生了:手电筒、小音箱、电磁炮、无线话筒、充电宝、可调速的风扇、光控广州塔、逆变器、特斯拉线圈、无线输电、感应加热……。即使在高三,他依然没有停下买买买、拆拆拆、装装装。



2017 年 9 月,想要看看北方的世界、想要看雪的余昊考入了西北大学信息科学与技术学院电子科学与技术系。


相知:铁三角

2019 年 5 月,当西北大学组织学生们参加国赛时,李承志和余昊、惠玉皎走到了一起,仿佛是一件再自然不过的事。大一暑假前一个月,李承志加入了校田径队,在那里认识了同样主攻 400 米的同院同级的余昊。那时李承志就发现这个人有些特别,会经常带着自己制作的东西到田径场去,比如天热时他会带着风扇。当李承志加入电源实验室时,恰巧又和余昊分到了一个小组,他发现余昊已经接受了近一年的系统训练了。


西北大学为学生们参加竞赛提供了充分的支持,学院根据不同的竞赛方向,比如电源、控制、信号、飞行器等均配有不同方向的实验室,为学生提供一条龙服务。甫一入学,就在大多数同学刚刚准备“放飞自我”之时,余昊便已申请加入了实验室,并选择了自己做的最多、也最熟悉的电源方向。

近距离接触余昊,李承志看到了一个“疯子”——经常都要熬到凌晨 3、4 点钟,就是为了焊接电路板,更为神奇的是,第二天早上他还能照常起床上课。李承志认为只能解释为那种对硬件近似于疯狂的热爱以至于到了废寝忘食的地步。而且余昊学习方法上也有点儿不一样,“正常学生”一般都会先学习理论,之后再将理论付诸实践。而余昊更多是在自己的不断实践中摸索得出一些规律,然后通过之后的学习对之前实践所得规律进行验证,学长学姐们都戏称余昊的学习方式是“野路子”。但从最终的结果来看,余昊的设计能力远远领先于同年级的同学。

相比余昊,李承志走的是一条大多数学生都会经历的传统路径。从大一寒假开始接触单片机,他发现很多东西都可以通过单片机用自己的双手去创造。每每做出一个自己想要的东西,他都会由衷地感到自豪,然后激励自己去学更多的内容。

每个实验室成员都有一个由学校精心策划的由浅入深的任务列表,指导老师会以月为周期发布训练任务,结束时对训练结果进行总结,并安排下一阶段的任务。这种训练一直要持续到赛前几个月,之后老师们会根据学生的特长进行分组拔高教学,比如针对硬件组、软件组和论文组进行细化。


友谊从田径队延续到了实验室,就这样,比赛时余昊负责硬件和焊接,李承志负责代码的编辑,两人肩并肩在大二上学期一起参加了很多比赛,但是面对国赛,他们需要一个能够承担起撰写报告职责、能够辅助硬件设计并能进行测试工作的队友。低一个年级的小师妹惠玉皎在大一上学期来到实验室,同为田径队成员的她很自然地就跟着两位师兄学习,这时就成了不二人选。


余昊团队


三人中,余昊成为大家默认的队长,这是因为他从初中即开始接触电子设计,因而对整个系统的认识更深入,能很好地统筹整体队伍,并提出合理建议。团队一组建,余昊就提出冲省一等奖的目标,让一直很崇拜这位师兄的惠玉皎都产生了怀疑,想着其实尽力了就挺好。而李承志由于有前一年和学姐学长组队获得省赛二等奖的经历,感觉竞赛难度非常大,对今年的比赛并没有报太大的希望。但他们二人不知道的是,余昊心里真正的目标其实是国一的,而那是 2018 年年初基于对自己能力的评估和心中的期望就已经定下的。上大学前他就想好了大学时一定要多参加比赛,让自己过得充实一些。所以一入校就迅速参加各种比赛,小至院赛,大至国赛,一系列的比赛之后让他对于什么样的水平能够拿到什么样的奖项有了基本的概念。

不过,厚道的惠玉皎和李承志当时并没好意思把自己的置疑讲出来,只是默默地进行着赛前训练。因为国赛更多的考验团队作战的能力,所以在此之前,这个团队通过大大小小的项目进行多次磨合,有了较高的默契度。赛前一个月是集中训练的阶段。这时大家需要集中起来完成往年的试题,大概一周一道题的强度,成绩尽可能达到甚至超过往年国一的标准。


与往届比赛不同的是,此次 TI 为全国大学生电子竞赛做了专门的培训网站,并邀请了多位老师对往年竞赛题目进行详细讲解。武汉大学黄根春老师对电源方面的讲解就让余昊觉得受益良多,解题思路更清晰了。


冲刺:国赛圆梦

在拿到题目的那一刻,三人都笑了,因为他们看到了获奖的可能性,虽然题目让团队有些意外。


一路走来他们更多基于历年的电源题目来训练,结果今年偏偏没有纯电源题目。所幸 A 题考察的内容与电源类很接近,团队之前也较为经常使用 TI 公司的处理器,而且 A 题中明确指出所有控制器必须使用 TI 公司处理器,余昊顿时觉得“稳了,机会来了”,接下来就是要把之前的所有积累,集中在四天三夜中释放出来。


大学时,余昊偶然从学长处得知 TI 的样片可以网上申请,对比中学时代自己还要花钱购买,他简直像发现了新大陆,于是速速申请了人生中第一批 TI 样片 TPS63020(降压-升压转换器)。结合当时正在学习的 PCB 绘制软件 AltiumDesigner,余昊尝试做了一块评估板,测试结果发现电源效率竟然高达 97%,和 Datasheet 上的参数几乎一样。与之前使用过的效率 80%-90% 的电源模块相比,这个结果让人惊喜了不少,而更重要的是结合软件工具和硬件,以及之后的测试评估,让自己的动手实践可以更好地与理论相结合。


TI 样片申请,为余昊开启了更为广阔的 DIY 空间。甚至当自己的申请限额不够时,他还会向身边的同学寻求代为申请支持。因为 TI 器件覆盖面广,所以也是余昊用得最多、最熟的品牌,后面遇到大大小小的比赛或设计时,他首先想到的就是 TI 的器件。2018 年的省赛中,余昊所在的团队尝试使用 MSP430F149 做主控,并申请了若干 TI 推荐的电源相关样片做性能测试。校电脑节时,他们使用了很多 TI 的器件,使得充电小车的工作能效和充电效率都非常高。国赛备赛时,他们也使用 MSP430 和 MSP432 做了不少相关的项目。由于做的东西太多了,当电路出现故障时,余昊可以很快判断出故障所在,更换元器件、排查故障、调整电路这些差不多都形成了条件反射。



也许是好事多磨,面对小车团队之前做过的题目,团队低估了项目的难度,导致系统开发阶段非常慢,直到比赛的最后一天才把整个系统开发出来。由于搭建系统时无法进行代码调试,特别是整个系统的联调,所以李承志只能在整个系统搭建出来之后,也就是比赛结束前的几个小时内把作品调试出来,着实让大家捏了一把冷汗。整个比赛中,余昊把所有的时间几乎都花在了硬件电路上,而李承志则在一直调试小车的循迹功能,而他们之间的协调和沟通都依靠惠玉皎,最终使得硬件和软件能够完美结合到一起。


作品提交后,团队感觉不错,但在结果没有出来之前,仍然有些紧张,直到获奖的消息传来。


未来:真爱

最终的结果让他们稍有遗憾,因为他们距国赛最高奖“TI 杯”已经那么近。

在上海进行复测时,性格活泼开朗的陕西妹子惠玉皎在走走看看,向赛场外的老师和同学们打听,知道自己小组的作品成绩远远高于其他组,这就他们萌生了冲击“TI 杯”的想法。


在余昊眼中,自己的作品有优点也有缺点。优点是电路结构简单,可以降低故障概率,而且无线充电的效率和小车能效方面做得挺好的,这就使得小车行驶的圈数要远远高于其他团队。遗憾的地方是在做充电底板时,由于时间紧张,线圈的位置有一些凹凸不平,这样小车更容易受到高低起伏的干扰。循迹方面,因为小车的控制之前训练比较少,所以循迹的算法变得非常笨拙,因而在这方面的稳定性和容错性较差。


而当初对拿省一都有所怀疑的李承志此时却心有不甘。因为在上海进行综合测评时,才发现题目要求按照顺时针方向和逆时针方向都需要具备循迹功能,由于比赛时比较着急或审题不清,团队当时只考虑到了顺时针方向的循迹,忽略了逆时针循迹。最后测试结果,A 题最优的设计顺时针、逆时针循迹都跑了 40 多圈,而自己的设计顺时针可以跑到 70 多圈,逆时针跑了 10 圈。但实际上加一个逆时针循迹的功能只需要添加短短的几行代码,5 分钟就能轻松实现。


这 5 分钟的遗憾或许能教给这三位年轻人许多东西,对于他们来说未来之路上还有许多机会。余昊、李承志和惠玉皎觉得既然发现这个专业如此有意思、有创造力,就希望能够继续深造,以后做一名硬件工程师,坚持在这条路上走下去。余昊还有另外一个愿望,正因为 TI 陪伴了自己追逐电子梦想的各个时刻,所以对 TI 有特殊的情感,所以希望毕业后可以加入到 TI 大家庭,继续做自己喜欢的事。


余昊的 QQ 和微信名是“孤独者”,事实上在追求电子的这条路上他是一个并不孤独的孤独者。