乐在其中,是“电赛梦”最好的打开方式

2020-12-15 15:26
媒体报导
摘要:深夜十点,珞珈山下的武汉大学沉入了夜色之中,而“武汉大学—美国德州仪器大学生创新中心”依旧灯火通明。

深夜十点,珞珈山下的武汉大学沉入了夜色之中,而“武汉大学—美国德州仪器大学生创新中心”依旧灯火通明。这个时间,前来做实验的武大学子依旧把这间宽敞的实验室坐得满满当当,大部分人在低头专注地焊接电路,还有一部分人在热火朝天地探讨设计过程中的难题。在这些对电子设计饱含热情的同学之中,就有我们今天故事的主角们——武汉大学2018级电子信息学院的邱燕倩、黄胡星和梅捷。


初遇“电设”,心向往之

邱燕倩、黄胡星和梅捷三人对电子设计有着不同寻常的兴趣与热爱。初入大一,他们便加入了“武汉大学—美国德州仪器大学生创新中心”。在这里,他们对电子设计的兴趣得到了最充分的满足,也结识了很多在电子设计领域拥有不同特长的人。随着他们对电子设计认识的逐步加深,邱燕倩明确了自己对软件的喜好,黄胡星发现了自己在硬件方面的兴趣,而梅捷则对硬件与软件设计都满怀热情。所以当他们了解到需要组队参与“TI杯2020省级大学生电子竞赛(后简称“TI杯”)”时,这三个有着不同兴趣和特长的小伙伴觉得对方的特质正是自己需要的,当他们三个站在一起,就是他们心目中最完美的团队的模样。三人顺利完成组队后,通过参与校内的竞赛训练进一步强化了他们的能力,培养出了最佳默契。


三位团队成员:黄胡星(左一)邱燕倩(中)梅捷(右一)


疫情期间,得益于学校为他们开设的线上培训课程,即使身处家中,三个小伙伴也没有停止追逐“电子设计”的脚步。在家的这几个月,他们学习电子设计的基础知识并动手焊接电路,完全沉浸在动手的乐趣之中,有时会一直持续到深夜仍不自知。他们在完成一个个小作品的过程中发现了电子设计的无穷乐趣。


回到学校之后,在校方的动员下,大家参与“TI杯”的热情都被点燃了。参赛的同学们一有时间就会主动地到实验室参与培训,不断打磨自己的能力,以充分的准备来迎接今年10月份的省赛。


团队在实验室中进行题目练习


苦乐相伴,酸甜交织

当今年“TI杯”的选题出现在屏幕上时,三个小伙伴眼前一亮。因为B题正是他们三人最感兴趣的电源题。B题要求设计“单相在线式不间断电源”,换言之便是一个简易版的UPS。UPS是一种储能装置,可以为那些对连续运转要求比较高的系统提供稳定、不间断的供电。如果中途遇到断电的情况,UPS可以提供持续的电力,保证系统有足够的时间来完成数据保存交接的工作,从而减少损失。


在比赛中,黄胡星负责硬件,邱燕倩负责软件,梅捷是团队中两手兼备的自由人。邱燕倩三人是这样规划他们的四天三夜的:第一天上午他们会根据现有的知识和资源,确定可能的方案,当天晚上开始组建之前做过的模块,后面两天要花主要精力调试跟题目有关的新模块,最后一天把整个设备连接在一起进行调试,撰写实验报告。然而,成功的道路并不是一帆风顺的,过程中总是会有一些意料之外的事情,打乱原本的计划。


意外出现在交流输出采样芯片ADS8688的调试中——经常出现测不到值或者测值不准的情况,导致系统无法反馈控制,也无法联调。一开始,他们以为是前级电路硬件问题,后来又以为是软件采样或PID调节不稳的问题,但在这些方面改进均未能解决问题。冥思苦想之下,梅捷突然想到可能是因为他把数字地接到了功率地上,没有把两者严格区分开。数字地是系统中数字电路零电位的公共基准地线,模拟地是系统中模拟电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态,易对模拟电路产生干扰。之前备赛时他们没有过多关注这一细节,是因为没有使用过这种多达8通道的采样芯片,当时即使数字地和功率地不分开,影响也不大。然而这次赛题使用的ADS8688芯片在这方面的要求相对于一般的单通道低精度的AD采样芯片要更高。他们为了加快做题速度,没有去刻意区分数字地和功率地,就导致了后面的麻烦。他们整整用了三天才找到问题的症结所在,留给他们的时间已然不多。千钧一发之际,黄胡星急中生智,直接将ADS8688的地接到FPGA的地GND引脚上,终于解决了这个问题。“欲速则不达,还是要规范操作,一步一步来。”黄胡星赛后反思时,用一句话总结了这次比赛最大的教训。


比赛过程中,团队成员在进行设备测试


除了面对意外时的紧张焦虑,还有收获成功时的振奋鼓舞。这次比赛,他们的系统使用了之前从未使用过的反馈闭环跨过两级的方法,采样逆变输出的交流电压作为PID的输入参量,但不对逆变电路进行PID控制调节,而是对前级Boost电路进行PID调节。逆变电路的控制信号为固定不变的SPWM波,从而实现控制Boost输出来控制逆变输出。该方案的采用在减小了工作量的同时也意料之外地获得了很不错的工作效果。“虽然前面三天进度确实比较慢,都在担心题目做不完,内心特别焦虑,也没想着能获奖。但是最后一天当解决了采样芯片的问题,我们就松了一口气,觉得应该能拿一个比较好的名次了。”队长邱燕倩说。当看到整个系统的输出变得十分稳定,性能很好,也达到了题目的所有要求时,三个小伙伴激动不已,看到了胜利的曙光。


值得一提的是,在小组成员的设计过程中,TI提供的设备和平台助益不小。梅捷提到:“我们用的器件,包括模数转换器ADS8688,开关电容器电压转换器LM2663和直流/直流降压转换器LM5164都是TI的产品。我们觉得,TI器件和相关资料可选择性多,功能丰富。不管是数据手册还是设计手册,都很方便获取,而且在TI官网(TI.com.cn)上购买芯片挺方便的,性价比也很高。我们在设计部分模块时应用了TI的平台,采用了官网上给出的解决方案,用仿真器件直接把电路仿真出来,还挺方便的,没必要自己再去算,节约了我们很多的精力。”


以梦为马,以乐为师

这次比赛,他们总结自己的制胜经验时,将其概括为16个字:“打好基础,用心准备,多份备案,勤于实践”。


“打好基础,用心准备”指的是在准备阶段,要把基础知识学好,数电、模电、C语言等等课程内容都会在比赛中起到重要的作用。再就是对于赛前给出的器件清单,一定要认真对照准备、查找资料。比赛的时候,芯片手册是全英文的,可以提前进行翻译。


“多份备案”指的是在比赛过程中,每个方案都要准备Plan B,这样才会在面对意外时气定神闲。比如分工时,安排一个既懂软件,又懂硬件的自由人,就可以根据题目的要求分配工作任务,灵活地按照题目要求的软硬件区别安排两个人做硬件或者两个人做软件,充分提高效率。此外,每个模块实现功能的时候,要多准备几个方案,一个方案不行的时候,可以立马换另一个,以避免因为某一个功能没法实现导致整个电路都没法实现的情况。


“勤于实践”指的是要多实践,多动手,多花功夫。因为学习“电设”,占用的可能是很多同学的空闲时间,如果不热爱,即便是利用空闲时间进行培训,也不会很用心地做这个。要想做好“电设”,不能把他当成老师要求的任务去做,而要出于自己真正的兴趣而刻苦钻研,才会有收获。


对于三个对电子设计深深着迷的小伙伴来说,经过这次省赛他们更能感到自己对电子设计大赛的热爱。“我们发现我们真正的兴趣就在这里。我们不光是为了参加比赛而去做一些训练,而是为了我们的那份喜爱去训练。我们喜欢焊电路,喜欢在制作电路过程中,解决遇到的各种问题,所以不管能不能得奖,或者得奖之后得到什么,大家都乐意继续在这里为梦想奋斗。”黄胡星说到这里时,音调都变得高亢了起来,语气中是满满的自信,“现在我们正在进行接下来‘TI杯’国赛的准备。大家兴趣都在这里,都还愿意继续坚持下去,接下来这八个月我们一定稳扎稳打,继续冲刺。”


爱因斯坦说:“只有热爱才是最好的老师。”三位同学对电子设计的这种深厚的兴趣,将继续丰富他们的心灵,为他们的生活增添无穷滋味。愿他们可以继续以梦为马,在电子设计的道路上奋勇前行,无畏无惧。