許勤 趙園園

電子信息產(chǎn)業(yè)對應(yīng)用型人才提出更高的要求。高校電子信息專業(yè)適當(dāng)調(diào)整課程體系，解決新形勢下高校專業(yè)教學(xué)與實際工程存在脫節(jié)的現(xiàn)象，向社會提供創(chuàng)新型應(yīng)用人才。CDIO工程教育模式是近年國際教育改革的成果，為當(dāng)前的高等工程教育和創(chuàng)新型人才教育提供了有效的途徑。

CDIO是構(gòu)思Conceive、設(shè)計Design、實施Implement、運作Operate英文縮寫。我們在進(jìn)行構(gòu)思（C）-設(shè)計（D）-實現(xiàn)（I）-運作（O）的流程時，這些流程并不是孤立的。在CDIO工程教育思想的指導(dǎo)下，我們在電子信息工程專業(yè)的課程體系設(shè)計要進(jìn)行精心構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行，將項目進(jìn)行分解和分布在對應(yīng)課程內(nèi)。以項目為中心，分為若干階段進(jìn)行實施，相關(guān)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容圍繞項目進(jìn)行組織。培養(yǎng)學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)全面發(fā)展，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)進(jìn)行一體化設(shè)計，以項目案例為驅(qū)動，將知識傳授與能力培養(yǎng)融合在一起，在做中學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)主動性，創(chuàng)新能力及團隊溝通與合作能力。本文以自動控制水位檢測項目為例，討論CDIO工程教育的實施過程。

1.構(gòu)思（Conceive）

在實際教學(xué)過程中，我們虛擬制造業(yè)企業(yè)接到產(chǎn)品訂單，從而確定客戶的需求，這就是電子信息專業(yè)設(shè)計項目的目標(biāo)。使學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計具有現(xiàn)實價值與實際應(yīng)用價值。

本項目首先分析研究現(xiàn)狀，在許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，都需要監(jiān)測水位，對供水系統(tǒng)就有自動控制的要求。對水位的實時監(jiān)控，在生產(chǎn)過程中有很大的要求，傳統(tǒng)的方法往往都是需要與水位進(jìn)行接觸，可能會出現(xiàn)水被測量器件污染的問題。也會出現(xiàn)水對器件的影響使器件失效等問題。所以超聲波測距這時就派上用場了。超聲波對于方向性和光束特性都有很大的優(yōu)勢，檢測方便，快捷，易于實時控制，測量精度可以滿足行業(yè)的實際要求。

項目任務(wù)指標(biāo)：對于經(jīng)濟性和效率的要求，我們確定了一種對于水箱的水位自動控制報警系統(tǒng)。對于這個系統(tǒng)，它是采用單片機作為控制核心，運用超聲波測距。系統(tǒng)中，水位分為高水位，正常水位，低水位。水位處于低水位時，亮紅燈；水位處于正常范圍，亮綠燈；水位處于高水位時，亮黃燈。

2.設(shè)計（Design）

在這個部分，學(xué)生需要把自己的產(chǎn)品設(shè)計用專業(yè)軟件繪制出來，同時標(biāo)出對應(yīng)的具體數(shù)據(jù)，并深入討論及確認(rèn)驗收方案。

本次設(shè)計的方案重點運用了四種技術(shù)，分別是傳感器技術(shù)、弱電控制強電的技術(shù)、單片機技術(shù)以及光報警技術(shù)。主要完成以幾點工作：（1）檢測電路硬件的設(shè)計：完成對超聲波模塊的使用和得到水位的高度電路設(shè)計和電路分析。（2）顯示電路硬件的設(shè)計：單片機控制電路設(shè)計和對LCD顯示模塊的電路設(shè)計。（3）采用C語言進(jìn)行軟件編程，處理各個模塊的調(diào)用。

設(shè)計方案把80C51單片機當(dāng)作我們的控制核心，這個方案的工作過程是系統(tǒng)超聲波模塊在不斷對水位進(jìn)行實時測量，然后顯示此時的水位高度。當(dāng)水位被超聲波模塊檢測到低于低水位時，微控制器給P1.3端口低電平，把紅燈點亮，也給P1.7低電平信號，導(dǎo)通光電耦合器，閉合繼電器，開啟抽水水泵進(jìn)行抽水和給P0.0一個高電平信號使另一個繼電器斷開，關(guān)閉放水水泵；伴隨著水位的上升，此時水位處于正常水位范圍內(nèi)，單片機給P1.2管腳低電平，亮綠燈；當(dāng)水位處于高水位時，單片機也給P1.1管腳一個低電平，亮黃燈，在P0.0管腳出來低電平使光電耦合器導(dǎo)通，閉合繼電器，開啟放水水泵和在P1.7管腳出來高電平信號使另一個繼電器端口，關(guān)閉抽水水泵，水位就可以下降了；當(dāng)這三盞燈同時閃爍的時就表明此時系統(tǒng)有故障出現(xiàn)了。

有了設(shè)計方案以后，老師需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)分析與解構(gòu)，把一個復(fù)雜的圖分解成為一系列可操作、易實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)元件，也就是同學(xué)們常見的模塊化設(shè)計。把這些結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行分類之后，分配到每一個小組成員，作為工程項目的子項目。

在這個過程中，老師要引導(dǎo)學(xué)生操作設(shè)計軟件中的常用元件、元件變形、模塊接口等，學(xué)生必須具備一定的準(zhǔn)備知識基礎(chǔ)，做到有的放矢，不至于失去方向。

3.實現(xiàn)（Implement）

各小組成員就可以依據(jù)自己所分配的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行實物制作，并且在項目時間表規(guī)定的時間內(nèi)完成制作。

完成元件制作之后，小組需要把各元件進(jìn)行系統(tǒng)整合，并且進(jìn)行測試，在測試過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的漏洞與缺陷，找出改進(jìn)的辦法與措施，最終完成整個產(chǎn)品的制作，交給老師進(jìn)行驗收并給出結(jié)論。

在這個過程中，老師一方面需要給學(xué)生提供實物制作的的相關(guān)資源，例如元器件、標(biāo)準(zhǔn)電源、制作工具、測試儀器等。學(xué)生已經(jīng)掌握這些工具的使用操作步驟。系統(tǒng)整合與測試過程中，老師也經(jīng)常會參與到同學(xué)們的，提出自己的一些想法與建議給學(xué)生參考。

在實物演示過程中，運行此水位控制系統(tǒng)，對照實物的現(xiàn)象已經(jīng)達(dá)到方案實際要求，實現(xiàn)了水位自動控制和報警功能。

4.運作（Operate）

在完成驗收之后，我們會安排小組成員進(jìn)行產(chǎn)品推薦。推薦是指在公開演示產(chǎn)品，讓學(xué)生體現(xiàn)一下創(chuàng)新產(chǎn)品的孵化過程，同時也讓更多的同學(xué)來對產(chǎn)品進(jìn)行評價與提出意見。小組最后明確該系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，靈敏度高，節(jié)能明顯，是各種高液位儲存的理想選擇 設(shè)備，產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于日常生產(chǎn)。小組對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，使產(chǎn)品可以精益求精。如超聲波接收電路用金屬外殼屏蔽，可以提高抗干擾能力。

在這個過程中，學(xué)生主要經(jīng)歷產(chǎn)品孵化的過程，同時了解產(chǎn)品推向社會的過程，使學(xué)生可以得到更多實用的知識。

參考文獻(xiàn)

[1]CDIO.（2010）.The CDIO Standards v 2.0（with customized rubrics）.http：//www.cdio.org/files/document/file/CDIOStdsRubricsv2.0_2010Dec8.doc