漆 強(qiáng)，吳援明

(電子科技大學(xué) 光電信息學(xué)院，成都 610054)

光電技術(shù)是由光子技術(shù)和電子技術(shù)結(jié)合而成的新技術(shù)，涉及光顯示、光存儲、激光等領(lǐng)域，是未來信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。光電技術(shù)的概念非常寬泛，它圍繞著光信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和接收，涵蓋了新材料、微加工和微機(jī)電、器件和系統(tǒng)集成等一系列從基礎(chǔ)到應(yīng)用的各個領(lǐng)域。光電科學(xué)技術(shù)是光電信息產(chǎn)業(yè)的支柱與基礎(chǔ)，涉及光電子學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等前沿學(xué)科理論，是多學(xué)科相互滲透、相互交叉而形成的高新技術(shù)學(xué)科。從人才培養(yǎng)角度來看，光電工程和光通信專業(yè)以及光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)是以光電技術(shù)為基礎(chǔ)，將光、電、半導(dǎo)體技術(shù)緊密結(jié)合的復(fù)合型專業(yè)，使學(xué)生掌握堅實(shí)的光電材料與器件專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)光電材料、器件工藝與光電系統(tǒng)設(shè)計的高級專業(yè)人才。從上述兩點(diǎn)來看，建立一個跨學(xué)科、跨平臺的綜合實(shí)驗平臺，對于培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才十分有益［1］。

電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院已經(jīng)建設(shè)好的實(shí)驗室有:工程光學(xué)實(shí)驗室、光電子技術(shù)實(shí)驗室、光電成像技術(shù)實(shí)驗室、光電器件特性測試實(shí)驗室、光纖波分復(fù)用實(shí)驗室和光電材料實(shí)驗室等17個實(shí)驗室。這些實(shí)驗室都是按課程或課程群建設(shè)的，內(nèi)容局限在該課程或課程群內(nèi)，而且都是基于光電材料到光電器件的分析、制作、設(shè)計、測試，還沒有涉及光電系統(tǒng)設(shè)計的綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗項目。光電類實(shí)驗課程存在的主要問題就是缺乏跨學(xué)科、跨平臺的綜合性光電系統(tǒng)設(shè)計項目。下面結(jié)合學(xué)院的實(shí)際情況對平臺建設(shè)進(jìn)行分析。

1 平臺建設(shè)目標(biāo)和特色

該實(shí)驗平臺將主要以光電科學(xué)與工程專業(yè)和電子科學(xué)技術(shù)專業(yè)為主，覆蓋這兩個專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程，如《激光原理與技術(shù)》《紅外與微光技術(shù)》《傳感技術(shù)》《光電探測技術(shù)》《光伏能技術(shù)》《模擬電路》《數(shù)字邏輯設(shè)計》《微機(jī)原理與接口技術(shù)》和《嵌入式系統(tǒng)》等課程，還包括《自動控制》與《機(jī)械設(shè)計》等相關(guān)課程內(nèi)容，是多學(xué)科課程的綜合設(shè)計平臺。

該實(shí)驗平臺具有以下特色:

1)實(shí)驗內(nèi)容具有跨學(xué)科的綜合性與創(chuàng)新性。所有實(shí)驗項目都是綜合光傳感技術(shù)、光探測技術(shù)、光伏能技術(shù)、電路技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和機(jī)械設(shè)計技術(shù)的系統(tǒng)性項目，具有跨學(xué)科的綜合性。同時，實(shí)驗項目全部是設(shè)計性、創(chuàng)新性的。

2)實(shí)驗方式的先進(jìn)性與開放性。每個實(shí)驗項目只給出設(shè)計要求，學(xué)生自主完成設(shè)計方案，根據(jù)自己的設(shè)計方案，完成系統(tǒng)關(guān)鍵部分的制作，并構(gòu)建整個系統(tǒng)，達(dá)到實(shí)驗的系統(tǒng)性要求。

3)鼓勵優(yōu)秀學(xué)生積極參與實(shí)驗儀器設(shè)備開發(fā)。教師在進(jìn)行實(shí)驗儀器設(shè)備開發(fā)時，選拔有一定動手能力和工程經(jīng)驗的學(xué)生全程參與，包括方案的設(shè)計、電路的焊接和調(diào)試、機(jī)械的加工等環(huán)節(jié)。這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生對一個實(shí)際工程產(chǎn)品的開發(fā)流程就會有詳細(xì)的認(rèn)識和體驗，同時，鼓勵學(xué)生在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗設(shè)備的更新，實(shí)驗項目的開發(fā)，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力［2］。

2 實(shí)驗項目設(shè)計

為了體現(xiàn)實(shí)用性，該光電系統(tǒng)實(shí)驗平臺的實(shí)驗項目全部是由近年開發(fā)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)和光電設(shè)計大賽題目演變而來，是教師經(jīng)過提煉自主開發(fā)的，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1)實(shí)驗項目一:常用光電傳感器的設(shè)計、制作與應(yīng)用。該實(shí)驗項目為基礎(chǔ)設(shè)計項目，讓學(xué)生熟悉常用的光電傳感器的應(yīng)用:發(fā)光二極管、光耦、光電撥碼盤、光電攝像頭、光電探測器、激光引導(dǎo)等，并自己設(shè)計傳感器電路，作為基礎(chǔ)應(yīng)用模塊，完成路徑檢測、速度檢測、圖像處理、距離和障礙檢測等功能。實(shí)驗框圖如圖1所示。

2)實(shí)驗項目二:基本嵌入式系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計與制作。該實(shí)驗項目也為基礎(chǔ)設(shè)計項目，讓學(xué)生掌握ARM公司的最新內(nèi)核Cortex－M3控制器，以NXP公司的LPC1768為例，掌握該芯片最小系統(tǒng)的設(shè)計:包括復(fù)位電路、時鐘電路、串口電路、鍵盤和顯示模塊的設(shè)計。本實(shí)驗希望學(xué)生自己設(shè)計一個LPC1768的開發(fā)板，包括以上功能模塊，并編寫底層驅(qū)動程序，完成調(diào)試［3］。實(shí)驗框圖如圖2所示。

3)實(shí)驗項目三:基于光電導(dǎo)航的智能車設(shè)計與制作。該實(shí)驗項目為綜合性設(shè)計項目，以第二屆光電設(shè)計大賽的題目為藍(lán)本，實(shí)驗參數(shù)和指標(biāo)參考比賽要求，力圖達(dá)到真實(shí)訓(xùn)練目的。該實(shí)驗將利用各種光電傳感器，讓智能車在規(guī)定的路徑上行駛，停泊到指定位置;在進(jìn)入指定位置時，應(yīng)具備避障功能，不能觸碰停車位的邊壁;停車完成后發(fā)出聲光信號提示，同時顯示行駛的里程;要求能夠在最快的時間完成。在完成各項功能時，可以考慮采用不同的方法完成，如路徑的檢測可以采用反射式光電二極管、光電攝像頭或者激光引導(dǎo)的方式。實(shí)驗要求學(xué)生自行設(shè)計方案，完成整個電路設(shè)計并進(jìn)行調(diào)試［4］。實(shí)驗框圖如圖3所示。

圖1 常用傳感器應(yīng)用的實(shí)驗框圖

圖2 嵌入式系統(tǒng)功能模塊的實(shí)驗框圖

圖3 光電導(dǎo)航智能車的實(shí)驗框圖

4)實(shí)驗項目四:太陽能應(yīng)用(太陽能動力智能車設(shè)計與制作、太陽能動力光源的設(shè)計與制作)。該實(shí)驗項目也是綜合性設(shè)計項目，以第三屆光電設(shè)計大賽的題目為藍(lán)本，學(xué)習(xí)太陽能電池的各種應(yīng)用，如光源的設(shè)計和太陽能為動力的智能車設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力。太陽能光源的設(shè)計要求自行選擇太陽能電池，并設(shè)計電子電路和光學(xué)電路產(chǎn)生點(diǎn)光源，并利用積分球和光通量測試儀檢測光通量;太陽能動力智能車則主要使用太陽能電池為智能車的動力，進(jìn)行載重運(yùn)行，利用激光進(jìn)行導(dǎo)航，在指定的路徑上，完成重物的搬運(yùn)，要求在最短的時間內(nèi)完成任務(wù)。要求學(xué)生自行設(shè)計實(shí)驗方案，完成整個電路的設(shè)計并調(diào)試［5］。實(shí)驗框圖如圖4所示。

圖4 太陽能負(fù)重導(dǎo)航車的實(shí)驗框圖

3 結(jié)束語

光電智能設(shè)計與應(yīng)用綜合平臺的發(fā)展還處于起步探索階段，如何完善實(shí)驗項目，如何更好地培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，還有很多問題沒有解決，需要我們在平臺建設(shè)中不斷摸索。本文提出了一些建設(shè)性的參考意見，只屬于一家之言，我們將在平臺建設(shè)和運(yùn)行過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，力圖打造一個跨平臺、跨學(xué)科的綜合應(yīng)用平臺，全方位培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

［1］張淑玲，黃啟.經(jīng)管類跨專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)平臺建設(shè)探討［J］.實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11(4):159－161.

［2］李從舉.以高水平實(shí)驗室為平臺，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才［J］.實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11(4):134－136.

［3］趙俊.ARM嵌入式應(yīng)用程序架構(gòu)設(shè)計實(shí)例精講:基于LPC1700［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2013.

［4］蔡述庭.“飛思卡爾”杯智能汽車競賽設(shè)計與實(shí)踐:基于S12XS和Kinentis K10［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

［5］黃惠良.太陽能電池:制備·開發(fā)·應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2012.