一往无前,看德州仪器(TI)如何为梦想着色!

2020-09-30 08:54
媒体报导
摘要:2020 TI 杯全国大学生电赛模拟邀请赛回顾

2020年9月21日清晨,冉冉朝阳在一场金秋微雨后醒来,洒在南京邮电大学仙林校区的广场上。而来自全国48所高校的的91组参赛队队员,亦如这初升的旭日,散发着满满的青春活力,相聚于此,满怀期待。


刚刚经历了两天一夜的紧张竞赛,彼时彼刻,这群电子设计新生代高手们,虽有等待结果的紧张忐忑,但更多的是顺利完成竞赛的喜悦,因为在这非常时期的参赛背后,他们都有着自己不同寻常的故事。


图1. 全体参赛队合影


01 技术助力梦想

能在短短两天一夜的竞赛中,实现对小车、毫米波雷达的自由操控,想想就是一件很酷的事,这其中两个TI 套件功不可没:TI-RSLK 机器人系统学习套件基础版和TI AWR1443汽车雷达传感器评估模块。


TI-RSLK 机器人系统学习套件是一系列性价比很高的机器人套件和课程教具,可以帮助学生更深入的了解电子系统设计的工作原理、学习机器人系统的组成和工作方式。本次竞赛所用的是基础版,包含电源电路、模电数电、电机驱动、编程语言、数据结构、软件算法等内容,并且每个模块都配备了演讲视频和幻灯片、实验文档和演示视频等,能够很好地弥补目前工程学课程的空白。


TI AWR1443汽车雷达传感器评估模块是一款用于AWR1443单芯片毫米波传感器的简单易用评估板,该评估板包含开发低功耗ARM®-R4F控制器、FFT和CFAR检测用硬件加速器以及片上存储器所需的一切组件,包括用于编程和调试的板载仿真设计、板载按钮和LED,可快速集成简单用户界面。众所周知,毫米波雷达传感器是汽车主动安全领域的核心部件之一,其中77GHZ毫米波雷达更是智能汽车上必不可少的关键部件,能够在全天候场景下快速感知0-200米范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息的传感器件。这个套件的引入,也让参赛的学生着实体验了一把当下最热门技术。


南京邮电大学张超越、赵浩、胡文轩团队所做的D题,就是要求基于这两个套件设计完成自主循迹小车与毫米波雷达云台跟踪系统,他们也是六组一等奖获得者中唯一一组D题的获奖队伍。”之前没有听说过TI-RSLK套件,出于对TI产品和技术的信任,也是由于大二时有过做小车的项目经验,所以即使面对一个完全陌生的套件时,我们也有信心把设计做好,“张超越回忆到,见惯了学弟们在淘宝买的塑料小车套件,他们在赛场上第一次见到TI-RSLK套件就觉得它“颜值”在线,精致的工艺,有分量感的车身,而且模块化程度非常高,已经集成了很多模块:电机驱动、电源、红外循迹、防撞开关、红外遥控接收等。之前他们大二时做的小车, 采用了TI  MCU TM4C123GH6PM作为主控,实现直走、转弯、以及惯性导航等功能,所以当他们简单看过TI-RSLK原理图时,有之前积累的PID差速控制、小车项目构建等经验打底,只用了一上午时间,就完成了小车驱动方面的工作。同样,TI AWR1443汽车雷达传感器评估模块上手就更快了,因为TI官方提供了数据包解析代码,所以不到一小时时间,就完成了读取毫米波雷达数据到单片机的工作。“ 得益于此,团队成员能够将大部分的时间和精力专注于小车循迹功能完善和舵机云台调试等方面,最终在时间刚刚好的情况下,提交了设计作品。当回过头来看TI-RSLK套件和毫米波雷达套件时,如果最初没有这两个平台做支持,从零开始搭建系统的话,手忙脚乱不说,肯定也是做不完的。张超越也谈到,因为竞赛中接触到了毫米波雷达技术,更深入地体验到了其强大的功能,在未来研究生选择专业时,又多了一种方向可选择。


图2. 南京邮电大学张超越、赵浩、胡文轩团队


02 最短备赛:一周

没有机会,可以等待机会,机会来了,能不能抓住就是实力了!武汉理工大学胡锦波、梁嘉键、李郜敬团队,用实际行动,演绎了一回什么叫硬实力。起初,考虑到疫情的影响,武汉理工大学并没有在受邀名单中,直到9月9日,学校突然收到了组委会的参赛邀请,这时离9月17日开始的比赛,只有一周的时间。赛?还是不赛?这是个问题。但武汉理工大学电工电子实验中心的老师和学生毫不犹豫的抓住了这个机会,并在接到通知的当天下午,就完成了人员的选拔和迅速组队,10号就开始了正式的赛前集训。


一个星期的备赛时间,究竟能做什么呢?“能够在短时间内磨合到参赛的状态,我觉得归功于前期的技术储备和一个星期内的高效计划,”梁嘉键说到,“因为是新组建的团队,所以分工磨合自然是重中之重,三人一起从最基本的运放等基本电路到TI提供的板卡,几乎都调试了一遍,同时对往年的题目进行了模拟测试,就这样不断的练习和交流,在即将启程参赛时,大家已经找到了比赛的最佳状态。”当然,基础也是必须的,在疫情期间,武汉理工大学电工电子实验中心的老师们开设了一系列的录播培训课程、直播讲座、小比赛,使得学生在家也能得到充分的锻炼。“除了这次邀请赛,之前一直也在备战10月份的省赛,也不全为了比赛,而只是为了学习,”梁嘉键如是说。


17日,胡锦波、梁嘉键、李郜敬准时来到了南京邮电大学仙林校区,他们发现组委会已经为竞赛做好了充分的准备:不管是他们住宿的南京信息职业技术学院,还是竞赛场地南京邮电大学仙林校区,出入校园都有一套非常严格的审查流程,而且有专门的大巴负责从比赛场地到住宿地的点对点接送,不仅方便了出行,还确保了每一位参赛者的防疫安全,让人很心安。组委会深信,要想比赛成绩好,得先吃的好,所以他们在吃的方面下足了功夫:不管是日常三餐,还是夜宵,都特别丰盛,而且味道被大家交口称赞,甚至在颁奖典礼上,参赛队员代表发言时,特别提到“盒饭是他吃过最好吃的,没有之一”。此外,最让人感动的是竞赛志愿者们,他们不仅热心地帮忙解决参赛队员们遇到的各种问题,还在2天1夜的竞赛过程中,生生陪着熬了一宿,随时待命。“非常感谢他们的付出,”至今回忆起竞赛中组委会的服务,梁嘉键还印象深刻。


竞赛日如期而至,刚拿到题目时,小组成员表示有些慌,他们发现今年的题目和往年有些不一样:与之前单一的考察方向不同,今年的考题更考验团队的综合实力。但是当慢慢把题目理顺,方案慢慢设计清楚,一步步推进装置的搭建时,就越做越有感觉了,最终他们凭借对A题的成功实现,取得了一等奖的好成绩。


图3. 武汉理工大学胡锦波、梁嘉键、李郜敬团队


03 陌生芯片的抽丝剥茧

“训练了这么久,我们就是冲着邀请赛国一来的,”湖南理工学院朱江灿说到。


在疫情期间,朱江灿和他的小伙伴周天逸、罗绍金已经做足了备赛准备:在家时就开始了理论的学习:由于TI官方的资料很完备,器件、数据手册、技术文档、参考设计、在线培训、开发工具以及在线支持,成了一个完整的网状资料库,因而使用起来很方便,能够融会贯通,所以他们通过看数据手册等快速熟悉了TI 的AD、DA、运放、单片机的使用,同时还通过TI的仿真工具实现算法和硬件的仿真。这些完成之后,他们又看了2018年邀请赛的C题简易直流电子负载、A题数字多用表的题目和国一的获奖作品,研究题目中用到的模块,由于手头缺少必要的器件和设备,所以依然采用仿真的形式来对模块效果做评估。这时,他们发现,全国大学生电子设计竞赛培训网提供了不少备赛相关的视频资源,比如往年的题目、备赛的经验、备赛的要点都有相关的内容,当遇到问题时,还可以通过这个途径去寻找一些思路。


直到7月15日,团队在学校开始了正式的赛前训练。工欲善其事,必先利其器。首先需要准备竞赛的必备物品,因为之前为了课程学习和比赛,他们已经成功申请过很多次TI的器件或板卡,方便快捷的申请方式,给他们留下了很深的印象,“TI 板卡很好用,资源很丰富,同时提供了非常全的板卡种类,如低功耗、高性能等,如果板卡使用遇到问题,也能方便的从TI E2E中文支持论坛及时获取帮助。“朱江灿说到,所以他们在8月就通过全国大学生电子设计竞赛培训网申请了两种板卡:MSP-EXP430F5529LP和MSP-EXP432P401R,这次也不例外,板卡很快就收到了,于是开始了往届题目的实测,从2014年一直做到了2018年,把每个题目都尽量做到最好,通过这个过程,他们也积累了不少关于板卡的底层驱动如PWM、DMA、ADC等封装,同时移植了FFT、PID、SPWM算法。


幸运的是,在竞赛当天的设计中,他们的设计也使用了MSP-EXP430F5529LP,这样前期的积累,为赛场争取到了很多时间。但是,这时,他们却遇到了一个计划外的挑战。

“C题包络跟踪电源供电的功率放大器,最核心的一部分是由TI LM25122构成的Boost 电路,这个具有多相功能的汽车级 3-42V 宽输入电压、同步升压控制器是集成芯片,我们从来没有接触过,”朱江灿说到,由于团队之前在训练过程中做过DC-DC类题目,自制了Boost和Buck电源,所以他们觉得这个问题应该可以搞定。


但是,LM25122复杂的内部原理和外围构造还是一度让他们的设计陷入泥潭,唯一的办法只能是跟着TI芯片数据手册的指导一步一步去调试,好在芯片手册足够清晰且具体,他们最终在第一天晚上的11点左右,调试出了固定升压模式,在第二天凌晨4点时,调出了反馈端改变输出电压的模式。这个时候,整个系统差的就是这个芯片了。于是三人一起抓紧时间对这个系统联调,直到第二天下午3点,整个系统才得以正常运行,团队对所有的指标做了测试,除了效率差一点,其他全部达标。这时,一直紧绷的心情才得以放松下来。

结果出来了,六个国一获奖团队中,就有朱江灿的团队,而这也是湖南理工学院的团队第一次出现在TI杯邀请赛国一的领奖台上。


图4. 湖南理工学院朱江灿、周天逸、罗绍金团队


04 致青春

作为电子圈内被大家津津乐道的参赛学生水平高、竞赛难度高、工作强度大的赛事,吸引着广大电子相关专业学生前赴后继地来挑战,似乎准备再长的时间也是值得的,似乎赛场上的惊心动魄也是家常便饭,似乎强强联合的无敌组合才是竞赛标配。


重庆邮电大学郑昆朋、颜渤汶、晏军团队就为此整整准备了三年,从大一进入实验室开始,他们就做了详细的备赛规划:先专题训练,后赛题训练。第一年,他们主要制作简单的模块,并对单个模块进行调试,之后进行级联调试,从而对所学的基础知识有了更深入的理解,其间偶尔参加一下学校的一些电子设计竞赛,但是难度和大型赛事差距很大。第二年开始,他们会根据往年赛题进行专门训练,把每次训练都当作比赛,严格依照时间和设计要求进行,正因为有了前面的诸多准备,所以到了真枪实战的赛场上反而显得愈发从容,自然顺利了拿下了国一。竞赛的颁奖礼刚刚结束,郑昆朋就兴奋地在朋友圈留下了这样的话:“大学的夙愿终于实现,之后的道路多多关照。“


与郑昆朋团队相比,电子科技大学查添翼、蔚洋、张宁团队的竞赛过程就显得更为惊心动魄了,这三位侃侃而谈的大男孩儿,至今回忆起两天一夜的竞赛经历,仍然觉得惊险刺激。“感受最深的是,我们做什么都一定要坚持到底,”就在马上要提交作品的时候,他们发现了一个问题:作品中软件部分阈值比较门限的位置出现了错乱,“当时感觉有可能要得0分了,”在团队中主要负责算法的张宁一下子感觉有些慌,好在两个队友异常的冷静,三个人一起,一条代码一条代码地看,最终在离提交作品还差半个小时的时间内,把问题发现并解决了,这个问题解决后,作品的所有功能都跑通了。由于他们的设计全部通过数字域各类算法来实现,可以比其他方案减少很多硬件资源的消耗,同时实现稳定的触发,并具有噪声自适应的功能,即使在外部加入大干扰的情况下,仍然可以实现稳定呈现周期性的信号。所以最终拿下了本届竞赛的最高奖——TI杯。


同样,南京邮电大学王佳男、梁逸秋、陈海峰的团队实力也相当可以。就在开赛前的2个月,他们仨组了队。在之前的其他竞赛中,他们都有各自的队友,这次的重新组合,就是希望强强联合,在邀请赛中获得好成绩。虽然之前不在一组,但是因为经常一起训练,所以三人彼此间还是很了解的:同样是之前团队中的技术担当,又有不同的主攻方向,梁逸秋主攻单片机,陈海峰主攻模拟电路,王佳男主攻电源,技术覆盖很全面,所以可以解决绝大部分非自控类题目,充分发挥各自优势,提高工作效率,确保题目完成的质量,他们也拿下了竞赛一等奖。在分享经验时 ,王佳男说到:“结合已经积累的经验和提供的技术资料,我们对题目整体的把握程度还是比较全面,及时的分析、解决了出现的问题,依靠默契的合作取得了一个满意的成绩。“

 

后记

这些故事,只是2020年TI 杯模拟电子系统设计专题邀请赛的一小部分缩影,备赛中所遇到的挑战、队友之间配合的感动、筹备竞赛中所遇到的各种不确定和担心,都随着颁奖典礼的成功举办而成了过去时。疫情带来了太多的改变,而不变的是参赛选手对技术、对梦想的坚持。

 

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