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大学生电子设计竞赛赛题分析

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1赛项简介

大学生电子设计竞赛(以下简称大赛)是由教育主管部门主办的电子相关专业的传统赛项,每年8~9月份举办一次,由教育部主办的国赛和由各省教育厅主办的省赛轮流交替进行。因比赛规格高,参赛院校覆盖面很广,几乎所有开设电子类专业的学校都参加,参赛队伍近年来都达1万支以上。与职业技能大赛不同的是,赛前没有规定比赛内容和范围,直到比赛开始才公布赛题。比赛共持续4天3夜,不间断进行。参赛学生每3人为一组,需在规定的时间内制定方案、设计电路、制作电路板、撰写设计报告等。竞赛采用“半封闭、相对集中”的组织方式进行,比赛期间学生可以查阅有关纸介或网络技术资料,队内学生可以集体商讨设计思想,确定设计方案,分工负责、团结协作,以队为基本单位独立完成竞赛任务;竞赛期间不允许任何教师或其他人员进行任何形式的指导或引导①。比赛结束后,各个赛点经初步测试优秀的队伍可选送到各赛区指定院校进行正式测试。如果是国赛年份,还需进行半天左右封闭比赛,成绩好的再选送至全国竞赛组委会制定院校进行复测,并根据复测情况确定获奖名次。

从比赛的赛事规程来看,比赛虽然是公开的,但难度大,技术指标要求高,持续时间相对技能大赛要长。从最初确定方案到产品制作完成,各项指标都能满足要求的确实不多。从历年的比赛成绩来看,获奖的比例并不高。以2015年为例,全国共有1097所高校、13063支代表队,共计39189名同学报名参赛。其中获得全国一等奖有287支队伍②,占总数的2.2%,可见难度较大。福建省自参加该项赛事以来,本科组近年来获得全国一等奖的次数逐渐增多,但高职院校参赛获奖很少。说明高职学生参加该项赛事存在较大困难,主要原因是学生在设计、编程、调试等方面能力训练不足,离赛项要求存在一定差距,需要在平时训练中加以提高。然而学生的训练只有暑期1个多月的时间,涉及的课程多,知识面广,知识点非常多,要想取得好成绩,必须要有针对性的训练方法,有的放矢才能达到目的。本文试图从高职组的赛题要求出发,分析、归纳出应具备的知识点及其实现方法,并给出按照模块划分的训练方法。

2赛题分析

近年来大赛的出题以电子技术应用设计为主要内容,涉及模-数混合电路、单片机、可编程器件、EDA技术,运用到模拟电路、数字电路、高频电路、PCB设计、传感器技术、单片机技术等课程的知识,体现了教学基本内容和新技术应用趋势。竞赛题目主要测试学生运用基础知识的能力、实际设计能力和独立工作能力。题目包括基本要求部分和发挥部分,使大多数参赛学生能在规定时间内完成基本要求部分的设计工作,优秀学生还可以完成发挥部分的内容。

2.1赛题内容统计大赛的题目类型一般分为信号采集类、仪器仪表类、控制类、无线通信类、电源类等类型,表1列出近5年来高职高专组的大赛题目及统计情况(省赛均指福建省比赛)。从比赛题目类型来看,控制类题目每年至少有一题,是比赛必出的题目,其他类型相对较少,均为轮流出现。说明控制类题目仍然是比赛的重点,平时训练时需要做好充分的准备。

2.2赛题涉及的知识点各个题目所涉及到的知识点内容,详见表2所示。对以上的知识点进行归纳、总结,可以看出近年来赛题所需具备的知识点有:A/D采样,位置检测,角度检测,电机控制,LED亮度控制,无线通信,按键扫描、数据显示、报警输出、DC/DC变换器设计等。对各个知识点所涉及的具体内容进一步细分,并给出其实现方法,如表3所示。

3集训方法

从上面对比赛题目的分析可知,所涉及到知识点很多,内容很广,对于大二甚至是大一学生来说,完全靠学生自学、自练,要想取得好成绩很难,需要指导老师根据学生选题意愿,制定详细的训练计划并实施。

3.1控制系统结构分析一般学生对控制系统没有什么概念,面对一个题目往往不知道该如何下手,若能够对系统的整体结构有一个较完整的认识,将有助于学生理解题目要求,制定切实可行的方案,并付诸实施。对一个控制系统来说,系统一般都具有如图2所示的结构:图2是一个典型控制系统结构图,采用闭环控制方式。对于现在比赛的题目而言,技术指标要求越来越高,如果仅仅采用开环控制方式,将很难满足指标的要求。如电源类题目,常见的问题是当负载变化时,输出的电压或电流随着变化,不能稳定在一个给定值上,主要原因就是没有采用闭环控制所导致。同样其他类型的题目也相类似,如角度控制、风板控制、平衡控制等,一般也要求系统是一个闭环的控制系统。对于不同的控制系统,结构图可能会有所差别,如图2中反馈环节有的可能没有传感器,而是只有信号采集电路;有的信号采集或输出控制是通过无线通信的方式进行,需要具体问题具体分析。

3.2系统模块划分比赛所涉及的知识比较分散,学生学习、训练时毫无头绪,不能形成一个系统整体。因此需要对知识点进行归纳,将其划分到在系统各个模块中。根据上面的系统结构图,可以将系统分解为各个单元电路模块,并将所需掌握的知识点和技能点整理对应起来,按照这些模块进行训练更具有针对性。一般可将系统分解如表4所示。

3.3训练的组织电子设计赛所涉及知识点很多,让每个队伍所有成员都对所有模块进行训练显然是不现实的,需进行分工。一般可将一个参赛队的人员分为两组,一组负责硬件电路的设计、制作与调试;另一组则负责程序的编程。至于一组需要多少人需根据题目的类型来定,如控制类的题目以程序控制为重点,宜安排2个人进行程序编程,1人负责主控程序的设计,1人负责传感器及信号的采集与处理。而对于电源类的题目,电路设计是关键,宜安排2个人进行电路的设计,包含高频变压器的设计、PWM控制电路设计、滤波电路的设计、电压、电流采集及保护电路的设计与调试等,另1人可进行信号采集显示、控制的编程。分工确定后,一般参赛学校都有多支队伍参加比赛,将所有参赛队伍中相同分工的人员集中起来,按照表4所划分的模块进行针对性培训,比一个指导老师单独指导多个队伍的所有项目效率要高。如果条件允许,可在组员分工的基础上,再按照题目类型进行分类培训,效果则会更好。

4结语

通过以上对赛题的知识点进行分析、归纳,并将系统分为6大模块进行训练,学生的训练内容更为具体,更具有针对性。再加上组员分工、分类培训,学生的训练的积极性得到提高,收获也较大。以我院近年来的培训为例,今年开始采取分工集中培训的方式,20多支队伍报名参赛,训练一个多月,所有人员都能坚持下来参加比赛。以往采用的集训方法是一个老师指导几支队伍的所有训练内容,老师工作量大,不可能每天都到场指导,导致学生学习、训练的积极性不是很高,效果也不是很好,最终留下来比赛的只有70~80%。可见集训组织方法不同,结果相差甚远。本文所提出的方法在学生训练效果上比以前提高,但还存在不足之处,需要不断改进和提高。

作者:韦龙新 单位:福建信息职业技术学院 电子工程系

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