最高奖！南信大学子首夺“圆梦杯”！

往期精彩

2023年2月25日首届“圆梦杯”全国大学生智能硬件设计大赛于北京圆满落幕。我校共五支队伍进入决赛，从全国189所本科院校的636支队伍中脱颖而出，最终获全国一等奖1项、二等奖3项、三等奖1项，总成绩名列前茅。其中一等奖作品“智能口罩”经专家投票，摘得最高奖“圆梦杯”。

作为捧得本次大赛最高奖项“圆梦杯”的队伍，我校2020级电子信息工程专业夏宇辰代表本科组发言，介绍了他们久经打磨的获奖作品——“智能口罩”：

“根据大赛疫情防控主题，我们设计了一款集风扇通风、LED照明、无线控制、智能调节、佩戴者摔倒检测等功能于一体的口罩，配有相应手机APP可对其进行控制设置。风扇排风改善佩戴口罩的舒适性；装置检测到人员摔倒，将会通过手机APP报警，缩短了一些特殊人群的救治响应时间；正常工作时，电量可以维持8小时，配备自动感知，进入低功耗模式以延长电池的使用时间。整机重量约120克，产品除了满足当下疫情防控外，还可以应用到煤矿、探险等场景。”

天道酬勤，机会来前努力先行

团队成员夏宇辰与2020级计算机科学与技术专业的金立业相识于一节名为“开源硬件与创客”的通识课程。课程期末时要求学生自由组队，合作完成课设作业。在同学的介绍下，两人一拍即合，迅速组队，以Arduino UNO为控制核心，设计了一款兼具稳定性与拓展性的多功能智能电源。“轻便便携，功能齐全”，这是课程老师徐伟对他们作品的评价。在“开源创客”他们不仅找到了志趣相投的伙伴，还结识了循循善诱的老师，此后徐伟老师一直担任着他们的指导老师，为他们提供帮助，一支潜力无限的团队初具雏形。

他们梦想着参加更多实操类竞赛，虽然机会还未到来，但准备一定要先做。夏宇辰在上大学以前动手能力就很强，上大学以后发现自己对电子技术很感兴趣，就利用课余时间自学了PCB和单片机相关技术，目前已经成功制作完成自己设计的电路板100多块。从大一暑假开始，他在家自配了一些焊接工具，一边上网课一边实操自学，“正是积累了大量实践经验，我的电子类专业技术才会有这么明显的提高。”

金立业在完成软件类技术的系统学习之后，继续学习嵌入式系统开发。夏宇辰擅长硬件设计，金立业则主攻软件开发，两个人经常在食堂一坐就是一个下午，他们会为某一个问题争得面红耳赤，也会为某一个共同点激动雀跃。

“我们原本的目标是全国大学生电子设计竞赛，但刚好碰上‘圆梦杯’的报名通知，徐老师就建议我们先参加‘圆梦杯’。”此时，来自2020级通信工程的刘星也加入了团队，负责单片机程序设计与文稿撰写，三人分工明确、协同发力、互相支撑，逐渐走向成熟。

“圆梦杯”初赛在去年端午假期拉开了帷幕，考虑到新冠疫情可能存在的影响，大赛主办方将初赛转移到了线上进行。“我们的软硬件技术还算成熟，前期准备也比较到位。”在队员的配合和老师的支持帮助下，团队顺利完成了线上理论答题、线上绘制电路原理图及PCB板、线上单片机编程等一系列考核，拿下了东部赛区的第一名。

初赛过后，团队又全身心投入到八月份的电赛中去。电赛与其他比赛相比时间限制比较严格，对于作品的技术参数和功能的要求也比较高。在四天三夜的时间里，不仅考验每个人的专业水平和技术，还要承受来自生理和心理的双重压力。

电赛作品

早在暑假集训之前，团队就自学完成stm32、fpga、msp432等开发板的学习，包括焊接技术和模拟电路设计。“但是我们方案没有及时敲定，模块也缺货，自己设计的pcb板也不够稳定”，后来团队发现问题在核心芯片上，及时更换了芯片，但装置效果受到影响，最后取得了省级二等奖的成绩。大家都认为，如果可以避免一些小失误，他们会做得更好。

“因此，我们充分吸取了电赛的教训，在后来的‘圆梦杯’决赛中，我们一开始就分工明确、各司其职，有条不紊地进行着作品的设计工作。”除了产品设计的融合程度越来越好，团队也在比赛理念上达到高度一致，“最重要的是看比赛的侧重点。”大家发现，电赛侧重装置的精确和稳定，而圆梦杯的重点则是在产品的完整性上，要兼具产品性和实用性。此外，为了完美呈现产品的内部结构，团队还运用3D建模和渲染技术和剪辑视频的特长，为产品“量身打造”了一个精美的3D爆炸图，颇受评委青睐。

“智能口罩”爆炸图

技术硬才是真道理

我们追求最“优雅”的电路与算法

最初选择做智能口罩的原因很简单，只是因为每次戴着口罩的时候眼镜总是会起雾，并且久戴很不舒适。联想到医护工作者需要穿着厚重的工作防护服工作长达十多个小时，而市面上的口罩存在着透气性不佳，功能单一的问题，所以他们想出了一款集通风、照明、蓝牙连接、智能控制于一体的多功能口罩。
有了目标设想，如何实现又是一条漫漫长路。与其他竞赛不同，“圆梦杯”需要展现一个电子产品的完整设计流程，环节繁琐，许多挑战都是第一次。构想产品设计思路与想法，做市场调研；软硬件的开发，外壳的结构设计；软件开发，组装后联合调试，测试各类数据……
嵌入式是先有硬件再有软件，硬件主要包括原理图设计和PCB设计。原理图决定产品的功能，而PCB决定电路板的布局与整体性能。对于口罩而言，小型化和轻量化是难点。功能多、元件多，但是口罩空间有限，团队对电路板的设计要求是“优雅”，在最有条理的情况下尽可能地密集布局；为了实现轻量化，他们在成本最小化的基础上尽量减小电路板的厚度；考虑到口罩量产所需的高性价比，不同于其他团队，他们选用国产芯片和元件，贴合产品所需功能的同时，大大降低了量产成本。

口罩内部的电路板

除此之外，软硬件结合也是难点。“很多问题在脱离单纯用电脑进行程序编写后一一显现。”单片机相比于手机电脑更不稳定，例如摔倒检测中需要实现的数据传输功能，ESP32本身存在影响发送模块运行的部分，导致发送数据丢包以及错序重组。为了解决这个问题，团队设计了接收程序，切实查看问题的特性，使用算法修复硬件问题。把所有理论投入实践，时间最终会留下淬炼的成果。

作品的实物图和设计图

优良氛围孕育实践人才

课程与政策双管齐下

面对校园日益浓厚的研究环境与提升的竞赛氛围，夏宇辰真心希望大家不只局限于书本，而是走出去、多操作。“以理论性的知识作为基础，多学习应用类的技术。尽早找到自己感兴趣的方向，多参加比赛，提升自己的能力。”课下他还热衷于在抖音分享自己的作品，目前已经积攒了2000＋的粉丝。并于CSDN博客网站发表技术类文章，分享自己开源的资料，与大家一起学习进步。

在金立业眼里，算法解决问题的方式“精致优美”，于人生的种种决策上也有指导作用。有一种名叫“贪心算法”的分级处理方法，指在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择，而不去纠结往后的结果。“就如同人生一般，与其为将来的未知而焦虑迷茫，不如踏实做好当下即可。”金立业说。

在刘星看来，工科学生在大学阶段不仅仅要学习书本上的知识，更要在实践中探索未知的世界，多参加竞赛以探索到适合自己的方向，并将理论运用到实际当中。“在学习竞赛生活中，困难烦恼肯定很多，我们始终要有低头赶路、敬事如仪的态度。”刘星说。

“能呈现如此完整的作品，也离不开学校参赛团队之间开放的交流态度，与学院学校老师提供的研究环境与悉心指导。”队员们异口同声地说。在首届全国大学生智能硬件设计大赛中，我校工程训练中心主任庄建军教授，以及徐伟教授还获得了优秀指导教师奖。

“我校本次‘圆梦杯’参赛学生几乎清一色都来自徐伟老师开设的《开源硬件与创客》这门低门槛、启蒙式的通识类实践课，同学们从一开始就对电子制作和智能硬件有着浓厚的兴趣和动手的欲望，通过一学期的学习，学生们快速掌握了基本的电子产品开发技能，表现出了比同年级学生更强的动手实践和工程创新能力。”庄建军说。

“为了提升学生的工程创新能力，工程训练中心近期新建了‘智能硬件’‘机器人’‘3D增材制造’等创新实验室，配备了相应的实验设备和开发套件。”庄建军介绍，学校还面向低年级开设了“开源硬件与创客”“学做机器人”“3D打印技术与创意实践”等通识类实践课，将竞赛理念和竞赛形式融入通识课程，为跨学科的学习提供了渠道和机会；不断改革强化基础实验课程，增加实验项目的高阶性、创新性和挑战度，将比赛内容转化为实验项目。同时，学校还系统性开展电子竞赛培训和教师案例竞赛，全面提升学生竞赛能力。

据了解，我校一贯重视学科竞赛在教育教学中的促进作用，“三创融合”的创新创业教育理念始终贯穿人才培养的全过程。学校鼓励学生参加各类学科竞赛，通过实施“三千人工程”，打造出了“数学建模”“电子竞赛”等多个竞赛品牌。学校为学科竞赛的组织开设了各类藕舫学院实验班，还为竞赛的组织配备专门的负责人和指导教师，同时还根据比赛方向的不同，成立了“智能硬件“”机器人“”3D打印“等多个学生社团，形成了良好的竞赛氛围。

快来给南信大官微设“星标”啦！

最近微信改版，公众号有没有“走失”的感觉

那就快为南信大官微设置“星标”吧

就能第一时间接收我们的最新推送哦

动动手指头，我们从此不再错过！

文字：程雷 周宏怡 丁琦

图片：受访者提供

指导：林雯

编辑：李依娜

责编：韩可心

审核：张峰