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寻找最强者-TI杯2023全国大学生电子设计竞赛总测评巡礼

关键词:TI电子竞赛

时间:2023-09-19 10:36:15      来源:互联网

当一辆从西安电子科技大学(以下简称“西电”)驶向高铁站的出租车压过第二个井盖后,坐在车里的大二学生肖世钟瞬间整个人都不好了,他甚至感觉到了自己“咚”的那一声沉闷的心跳。他惊慌地盯着紧抱在怀里的箱子,那里面是他和队友彭喆、李金橙在2023年TI杯全国大学生电子设计竞赛(以下简称“国赛”)的作品,只能在复测现场揭去封条,而刚才那两次剧烈的颠簸不知会对其产生怎样的影响。

2023年8月25日一大早,当一辆从西安电子科技大学(以下简称“西电”)驶向高铁站的出租车压过第二个井盖后,坐在车里的大二学生肖世钟瞬间整个人都不好了,他甚至感觉到了自己“咚”的那一声沉闷的心跳。他惊慌地盯着紧抱在怀里的箱子,那里面是他和队友彭喆、李金橙在2023年TI杯全国大学生电子设计竞赛(以下简称“国赛”)的作品,只能在复测现场揭去封条,而刚才那两次剧烈的颠簸不知会对其产生怎样的影响。

原本以为,熬过四天三夜、完成了满意的作品,成为从全国31个省市赛区的1134所院校选拔的20929支参赛队中杀出的431支队伍之一,可以参加全国总测评,就已经离成功不远了。殊不知,在通往国奖的道路上,仍然充满着各种意想不到的“挑战”。在以大三学生为主的国赛中,他和两位大一队友算是“菜鸟”,本就各种心虚,而那两个井盖的后遗症就是,老师之前提到的学长们复测时出现种种意外的江湖传说,总是盘桓不去。

8月26日一大早,山东大学济南软件园校区,就可以看到三五成群的学生,肩挑体扛,或是两人合抱着一个大大的箱子,或是小心翼翼地抱着测试仪器,还有的拖着半人高的大背板,向着总测评的教学楼走去。他们在这里将决出全国电子相关专业大学生中理论和实践相结合的最强者。

指导老师不允许进入复测场地,只能在外面等待。久未见面、来自天南地北的老师们因此有了一个聚在一起聊天的机会。赛场上风云变幻,稍有不慎或运气欠佳,就会有意想不到的结果。能带队挺进国奖角逐的老师,都是实力与幸运兼备,伴随着期待的,还有随之而来的忐忑。

Part.1/ 久违了

这些看似平常的场景让国赛组委会副主任赵显利特别感慨,因为这是疫情之后的第一次线下评审,“专家们都很高兴,这是我们期待已久的,有些事情是线上无法完成的,终于可以按照我们最初对国赛的设计来进行了。”
 
老师们也同样欣喜,武汉大学的周立青老师连连说了几个“挺难得”。这批参赛的学生,在2022年备战省赛时,有7-8个月的时间都是在自己学习、实践、摸索,最后的测评也是在线上进行。学校不但要专门架设远程的视频测试点,组委会老师也要通过视频努力看清每个作品测试的结果、无人机的飞行轨迹等等。甚至今年的国赛备赛,也是春节后才开放,得以互相交流。
 
与此前三届的14447、17313、19735支队伍相比,今年大家的参赛踊跃性进一步提高。仅以西电为例,2023年有95支队报名,而此前最多的时候也就40多支队。
 
回归的并不只是线下这种形式。南华大学的韩奈泽同学父母都从事电子相关的工作、从高中就开始做设计,在今年和队友汪诗婷、周士杰一起获得A组全国第一名,成为最终有机会问鼎“TI杯”的八支队伍之一。他明显感觉到赛题很贴近实际应用,每道题目背后都会包含着对应的社会热点技术。虽然一方面连续性强,但另一方面考察重点也在调整,比如2023年的电源题目就要求必须解决多机并联系统稳定性的问题。
 
这其实就是赵显利所强调的,“国赛最重要的是按照我们一贯倡导的不断与时俱进,所谓与时俱进,就是要紧紧咬住新技术发展的前沿。”国赛组委会秘书长、西安交通大学电子与信息学部副主任罗新民补充说:“ 比如命题时会将大数据、人工智能、物联网等等都实实在在地体现在一个个题目里。”
 
这并不是一件容易的事。何况还要考虑到各个学校的教学水平、仪器资源、比赛环境、学生能力千差万别,同学们所学专业也各有不同,不但要让这么多参赛同学都能找到相应的题目,拉开梯度,还要面对众多的猜题者。“要经得起讲、经得起评、还要经得起考、经得起做,还要保证不重复,”国赛专家组常务副组长岳继光老师说。
 
今年的一个特别之处是:40%多的参赛队伍选择了E题《运动目标控制与自动追踪系统》,据岳老师猜测也许是因为疫情期间对学生的实践能力培训有影响,所以更多的学生愿意选择偏“软”的题目。另外一点就是题目的展示性增强了,能够更直观地让大家感受到科技的魅力,这也是专家组有意做出的调整。
 
而桂电的刘涛老师则感受到了另一种变化。当有些指标受光线影响较大,测试场地光线不好,或者刚好有一束强光照射时,测试专家会建议测评的学生换个位置,或者对光线做一下处理;当看到一些队伍测试时结果不理想时,会帮忙查找并排除可能的外在因素影响。参赛的学生们备赛时间,短则1年,长则3年,而且疫情期间备赛又是各种不易,组委会、测试专家这种人性化地考虑给了学生更好的发挥空间。

Part.2/ 竞速20分钟

不过组委会的贴心安排并不能消除学生的紧张,肖世钟的心一直绷到开箱那一刻。按照要求,参赛队伍需要在20分钟内,拆开封箱,取出并重新组合作品,并快速进行指标调校,以达到题目要求。在经历了长途运输后,没人知道作品打开后会是什么样的状态,就像拆盲盒一样。
 
直到看到作品和省测时差不多,外观没有明显的损坏,也没有掉件,他的心才稍微平静了一些。但上电之后,系统不能正常工作。这种问题若在平常时间充裕的情况下,解决起来并不困难,但难就难在那个20分钟的倒计时。凭借之前学校多次训练过的排查故障的经验,他们发现了一处接触不良,但没想到断电之后再次出现故障,这下全队一下子都慌了。负责软件的李金橙看到两位队友调试时手一直在抖,就拍了拍他们的肩膀,想要帮他们缓解紧张情绪。但肖世钟的第一反应却是怕她拍到自己用示波器的那只手,不过事后他自豪地说:“虽然我的手是抖的,但我能保证示波器的探头笔插下去位置是对的。”故障解决后他们不敢再断电,只能维持原状,每隔几十秒钟就会检查一下作品的状态。
 
同处一室的另外一组参赛队伍也不顺利,因为设计输出的接口非标准,评委老师没法对他们的设计进行测试,只能靠团队自己想办法。经历过四天三夜、省测、综合测评历练的队伍,一路披荆斩棘来到复测室,还会时不时遇到一些突发状况。
 
肖世钟队的学长——大三的陈梓恒、林煜涛、邱茂俊则从容很多,他们对自己作品的稳定性很有信心。整体设计信号采用SMA接口进行连接,供电模块也使用的是XH2.54mm端子线。作品装箱时,他们还细心地在系统底下垫了泡泡纸,用胶带将系统固定在了箱子的正中。甚至看天气预报说复测时有雨,他们还细心地给箱子外面贴了透明胶。尽管这样,在系统组装要通过拧螺丝的方式接入电容、电感时,陈梓恒拿着螺丝刀,愣是对不准螺丝。
 
也许是曾经历过两年前的国赛,桂电的卢岩、陈彦、任立烜团队此次很平静。他们早在大一下半年就开始组队,今年电赛是他们一起组队的第三年,彼此间的默契早已无需言表。因为三个人的姓氏第一个字母分别为:R、L、C,他们给自己的小队起了一个响亮的名字“RLC(电阻、电感、电容)小队”。作为B题最后一组测试队伍,他们眼见着其他队伍各种紧张的状况。B题需要对比用作品和手工测量电缆长度的结果,但是卢岩发现一位男同学在测量电缆时,电缆线都没有捋直。他站在旁边都能感觉得到那个同学的紧张,反而使他自己放松下来。
 
而在每年发生意外最多的电源题测试现场,今年亦然,因为题目需要与电网连接,所以电路很容易损坏。西电的吴凯华、刘泞溪、张朝洋在等待A题《单相逆变器并联运行系统》复测时,就听到场地里某队的电池炸了、一楼道的烟,也是见怪不怪了。此前他们在电赛器件清单出来后,为了准备一个新的驱动电路,一周内炸了很多的MOSFET、电容和芯片,用吴凯华的话说,“该炸的都炸过了。”也正因为经历过这么多,他们组考虑得会更多,就多做了两套系统备用,复测时自然从容了不少。
 
作为竞赛专家组成员之一,TI大学计划负责人王沁惊喜地看到,今年电赛作品的完成度非常高,而且已经体现出了一些工程的思维。尽管A、B、C题都偏重模拟方向,对硬件的设计要求非常高,但仍然出现了不少满分的作品。也许是得益于在过去的几年,TI和竞赛组委会做了大量的电赛培训,邀请命题专家对命题的角度和方向进行解析,也帮助学生对题目的理解。此外,TI也为本次赛事提供了将近2万套板卡支持、技术分享、大规模的赛前线上、线下培训,希望帮助参赛学生更好地了解电子设计原理,及时掌握最新产业、技术最新的发展动向。
 
在今年的参赛作品她也出乎意料地发现,很多作品中已经使用了TI高精度运算放大器、电源管理器件、低功耗处理器等,这种双向奔赴,使得TI受到了更大的激励。在命题这项技术含量很高的工作中,TI会将了解到的最新技术和产业动向分享给出题的专家。TI与组委会密切配合,做更多企业力所能及的事情。“我们对比赛参与的这个过程,其实就意味着我们用心在投入”。TI是一个非常注重长期性的公司,认定了正确的方向,就会坚定不移地去推动。
 
虽然测试时每支队伍都有不同的心境,但在走出测试场的一刹那,所有人一下子都如释重负。吴凯华觉得国赛最终的结果像“花2年时间完成的一份成绩单”,不仅成绩在那里,能力在那里,友谊在那里,错题本也在那里。时不时看看实验室角落里的报废元器件,也会从心底提醒自己多一分警醒。

Part.3/ 看学生“脸色”的老师们

场外的教师们基本全天都会关注着手机,因为完成复测的学生,都会及时给老师汇报一下情况。如果测试成绩较为理想,老师会给一个大大的赞,如果测试成绩没那么理想,老师还得给予安慰。西电的王新怀老师开心地将一位同学的报喜微信给大家看,“老师,我们组测完了,测出来满分,”也许这就是作为老师最欣慰的时刻吧。

桂电的刘涛老师一大早就守在了复测场地的出口处,今年桂电10个队伍冲击总测评,最早一组上午第二个开始,最晚一组下午最后一个完成,基本一整天的时间,他都高度紧张地盯着出口,通过看学生的“脸色”来判断复测结果的好坏,凭借自己的经验安慰学生,告诉他们很多都属于正常范围内的波动。

刘涛老师所在的位置,刚好离G题《空地协同智能消防系统》的测评场地不太远,能看到一些情况。有的无人机刚刚飞起来就炸掉了,还有一组还没进入测评室呢,电池被一个钉子戳到,一下子爆炸了,整个箱子都烧了起来,甚至动用了学校的消防保卫拿灭火器灭火。时不时的一些意外状况,更增加了紧张氛围,对场外的老师们是一种煎熬。

南京邮电大学(以下简称“南邮”)郝学元老师本应淡定,因为他所带的模拟综合方向五支队伍,在3个题目上都是江苏省省测第一名,D题虽然不是第一名,但省测成绩也是满分。尽管如此,在学生走进总测评教学楼的一刹那,他仍然觉得像送自己孩子高考一样,在门口翘首以盼,生怕出意外。最终的结果并不意外,五个“国一”。得益于之前在企业工作的经历,郝学元老师在带学生备赛时,会着重强调想法落地,通过简单的方法实现复杂的功能,鼓励学生创新,因此学生在比赛时往往会用巧妙的思路来解题。南邮近些年来因为学校的高度重视,国赛成绩快速提升。

 “这个比赛太硬核了,”王新怀老师反复强调,省测、综合测评、复测等各个环节,都有可能被筛掉。四天三夜做出来的作品,除了指标功能要达标,稳定性也要好,还要方便组装和测试。就复测而言,从全国各地把作品搬到济南,一路颠簸,不但要在20分钟内恢复整个系统并正常运行,还要适应测试的场地和仪器,更需要遇到特殊问题时临危不乱,这些都是重重考验。

武汉大学的周立青老师也深有同感,“学生学电路的时候,已经把电路叫做玄学,”特别是模拟电路,在实验室里,结果一会儿行,一会儿不行,更别说国赛所做的作品复杂度那么高。“有时因为没有注意温度系数,有的电路早上测是好的,到了中午可能结果就变了。”王新怀老师补充道。

通过国赛备赛、比赛,学生有机会收获解决复杂工程问题的能力,王新怀老师认为这种能力对学生是受益终身的,周立青老师也表示认同。就目前电子类学科而言,如果只是完成了大学本科课程的学习,显然无法满足社会的需求。但大学教育不可能在短时间内进行翻天覆地的改动,这就需要课外的形式进行辅助。而电赛模式,恰恰是特别针对性的训练。正因为如此,像武汉大学、西电这样的高校在今年扩大了参赛队伍数量,就是希望让更多的学生受益。

 “要指导学生的话,给他一瓶水,你得自己得有一桶水,甚至是一缸水,”备赛对指导老师的实战能力要求特别高。为此,陕西省还特意组织了教师电赛,模仿国赛的模式,让老师们用三天两夜完成题目,“我两届都拿了第一,”王老师非常自豪。今年西电有14支队伍进入总测评,武汉大学则有15支,名列全国第一。

Part.4/ 神秘来电

26日当天总测评结束后,八道本科题目、三道专科题目总分第一的队伍,晚上会接到组委会的神秘电话,受邀参与“TI杯”的最终角逐。

“没想到能接到电话,”选择H题《信号分离装置》的山东大学吴浩瀚、曹志君、刘雨萌颇感意外。2022年大一即参加省赛的他们甚至没能完赛,就是因为觉得自己太“烂”了,赛后他们细细梳理了知识盲区,进行了众多针对性训练,经过一年的积累,今年踏实许多。“这次题目看起来简单,做起来真难”,刘雨萌说,难点就在于要求输出信号在示波器上连续稳定同频显示,不失真、不漂移。

四天三夜时他们使用的DDS模块精度不够,一直找不到合适的算法弥补硬件的不足。直到第三天晚上,所有能做的都做了,近乎于绝望时,“灵光”一现,通过采用一种类似PWM调制的算法,即频率加权合成算法,将精度从百分之一提高到万分之一,结合恒温晶振,配合锁相放大器实现闭环控制,以达到完全同频显示。这个山穷水尽时逼出的方法效果竟出奇得好,以至于三位同学提到“灵感”这个词就非常激动。

由于有近一半队伍选择了E题《运动目标控制与自动追踪系统》,从诸多队伍中拼杀出来的成都电子科技大学王恒鑫、余炜杰、周宇婷团队着实不易。当初选择该题目时,他们预感到由于E题指标看着简单,参与竞争的队伍会很多。但是考虑到要把最后一个指标做好难度很大,况且平时的备赛方向就是控制,因此依然选择了E题。

本次复测时,虽然指标不错,但毕竟强手如云,能够走到最终的角逐,王恒鑫说,“我感觉有实力的因素,也有一部分运气。实力指我们三位都有比较丰富的比赛经验,运气是因为我们之前在打其他比赛时,刚好用过这里面所需要的一些知识。”“像做梦一样,好像昨天还在四天三夜,今天就突然站在这里了,”队里唯一的女生也是后来加入的周宇婷这样说道,“知道他们很强,没想到这么强”。

南邮的许胜利、阮俊晖、徐立铭对于能接到电话也是难以置信,毕竟三位大一学生的组合能走到最后极为罕见。巡测的场面让许胜利感到非常壮观,第一次看到那么多的专家都出现在这里。他也趁机看了一下其他组的作品,感觉都非常惊艳,此时也没什么可以做的,只能尽量把自己作品的优势展现出来。他们选的是C题《电感电容测试装置》,这是一道非常考较基本功的题,他们最终的测量值误差在1%以内,远低于题目所要求的5%。主要得益于所选用的TI C2000内置了高精度的ADC,他们据此设计了等效采样算法,ADC通过高精度EPWM触发,双通道同步采样,实现了信号的完美还原。

相较之下,杭电的杨晋伟、林仕方、张慧团队接到电话时并不意外。“他们三人分到三支队里,能拿三个国一,”指导老师盛庆华这么评价他们。从小就对元器件、编程感兴趣的林仕方,就是传说中别人家的孩子,小学三年级第一次接触编程,五年级自学C语言和51单片机,初中打过机器人竞赛,因为兴趣动手做过很多有趣的东西。杨晋伟的成长经历和林仕方有些类似,只不过他把目光聚焦在模拟电路上。张慧则是名副其实的学霸,整个电子学院的绩点第一,是大家眼中不该出现在杭电的人。这样三个人联手走到最后似乎水到渠成。

就这样,20929支队伍、62787名大学生中角逐出来的每个题目的第一名,在山东大学济南软件园校区教学楼三区一层的大厅正中,将作品满满摆了一大圈。他们在各自的位置上,小心翼翼地演示并讲解自己的作品,回答每个走到展位前的专家的提问。之后近60人的专家团队又集体走到每一个展台前,再细细听一遍各个队伍对作品的讲解,并与队伍成员进行具体细节的探讨。结束后,专家团队进行紧张地讨论、投票、观点阐述,最终评选出“TI杯”获得者。

Part.5/ 不舍

8月27日18:08分,林仕方收到了同学发来的一条微信“真牛,写入校史了!”电赛相关的交流群此时炸开了,杨晋伟、林仕方、张慧团队最终夺得了“TI杯”。这也是杭电首次站上国赛的最高领奖台,恰巧今年是盛庆华老师来杭电工作20周年,也是和电子设计竞赛结缘的20周年。

毕竟只能有一支队伍登顶。作为陕西唯一一支推荐进入复测的A题队伍,西电的吴凯华、刘泞溪、张朝洋团队有一项指标测试结果超出了目标值1%,成绩不如省赛,但他们并不觉得遗憾。张朝洋说,“越往后感觉自己不会的东西更多,跟一些其他院校对比,发现不足的地方还有很多。”“走到今天这一步,我们就挺惊喜的”,刘泞溪说,从基础的电路搭建、程序编写到最后的算法,之前都是学长们手把手地教,一但是靠学长走的路只是一部分,最终还是要自己探索、自己试错,要走很长一段路,“这个成长的收获是不一样的,我们有了应对挫折的能力和勇气。”

省赛之前他们因为实力强劲被老师寄予厚望,心里也觉得自己肯定能拿最高奖,结果比赛时电路炸了,还曾犹豫是否继续参加国赛。“所以不要听别人说什么,你心里清楚自己有几斤几两。经历的挫折多了,发现再来几次也没什么,” 吴凯华说,“其实有些事情越早经历越好,比如说你炸一次电路,就会让你更谨慎,头脑更清晰,你一开始接线的时候就会一步一步按照顺序来。”

告别国赛,吴凯华原本以为自己会很激动,但其实到达济南之后就一直很平静,“每一代有每一代的电赛,每一代都有自己做不到的地方。你把前面所有做好的东西都交给学弟,你没做好的东西让他们再自己去研究。”他很清楚现在所做的一切都是以完成功能、指标为目的,基本上不会考虑成本或者是电路设计方面的一些细节,距离真正的工程项目还很远,未来的路还很漫长。离开实验室,最遗憾的可能是再也不会有王新怀老师不许他们点外卖的絮叨声,也不会有人每周来看状态、问进展,并拿来商业的电源给他们分析、寻找努力的方向。

“快来玩吧!”对学弟学妹们,桂电卢岩也如是说。尽管电赛的备赛时间占据了自己大学生活的大半,经历过第一次国赛的失落,备赛到7月底的疲惫期,但是当三个好兄弟一起熬夜、分工合作,很多问题都是在激烈的讨论中得到结果,投身电赛的全程是令人难忘的。而且这三年来的坚持,发现很多知识会慢慢汇聚在你的头脑中,对自己的专业领域有更深的理解。

这三年来,他们一起调电路、一起改代码,一起为了一个问题而激烈争论,一起熬夜,一起吃饭,偶尔累了,一起听听陶喆的歌,打打羽毛球,玩玩游戏,一起经历了大一首次参与国赛的失落,享受着大二省赛获得一等奖的欣喜,也用“国一”为竞赛之旅画上了句号。“就算是现在让我拿起枪来继续干,我还是有这个激情”。

又一次经历了国赛,桂电刘涛老师深感国赛对软件的要求更高了,以前传统的一个同学做软件、两个同学做硬件的模式要有所改变了。除了专攻软件的同学,做硬件的同学也需要懂软件,来为做软件的同学提供更多的思路,另外还需配备一位对模拟电路和数字电路都比较熟悉的同学。同时,随着题目的复杂性越来越高,不论是学生训练还是设备方面的投入,都需要加大。

成绩背后,最终会归于平静,但是留在一代代电赛人身上的项目能力、友谊、坚韧的品质,是在不断传承的。尤其是负责电赛的老师们,回到学校后,又一届新生入学,新一轮的培训应该也快开始了吧!

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