原创 钱学森班的产品设计课

邱副教务长把产品设计课交给我的时候，我实在没有把握。这门课是钱学森班四年级的必修课，虽然只有2个学分，却是将学识用于实践的一门重要课程——教他们从头开始设计实施一个产品，当然只是一个雏形。前两届的学生，都没有完整做出像样的东西，加上其它课程争时间，学生们也不是很积极，还有点怨声载道，说只有2个学分，让学生花这么多时间，实在是不值得。

这么带了两届后，我都有点灰心了。钱班的学生号称是交大的尖子，在我眼里也就如此了。

今年这次，我加大了指导力度，重新规划了课程内容。整整一个学期，连骗带吓，终于修成了。昨天是规定的验收时间，到刚才为止，全部作品都提交了，也都完成了基本功能。可以说，这门课在这个学期，效果良好。

刚才还是热热闹闹地一大帮孩子，走了。办公室突然静了。

这次我让他们完成了一个完整的项目。“单片机低功耗测温及其评估验收系统”，这是一种新型电子比赛，很快会公布。验收系统上有一个法拉电容，每次提供规定的电量给外部接口。参赛者设计一个自己的测温系统，使用验收系统提供的法拉电容电量，每10s测量一次温度，传给验收系统。正确测量并提交一次，得分加1。整个比赛只比谁设计的作品得分最高，也就是用相同的电量，看自己作品能够坚持测温的时间。

为了避免在测温过程中，参赛者**，验收系统做了两件事情：第一，制造了一个变温的气腔，用加热丝和半导体制冷片共同作用，产生一个参赛者不清楚的温度变化环境。第二，自身有一套定时测温系统作为标准。实际测试中，验收系统一边儿随机的产生温度变化，一边儿测量10s一次的温度，同时和参赛者发过来的数据进行对比。两者差异在正负3度内，就算正确得分。

有6组同学设计参赛作品。他们使用了TI的电源芯片，将0.3V到5V之内的电压转变成2.7V左右的电压，供测温作品的单片机和温度传感器工作，同时使用间歇工作模式，降低功耗。有两组效果很差，得分只要3分，也就是只能测量3次，坚持了30秒左右。有3组得7分。最优秀的蔡伯言一组，得分25分的时候，我们没有耐心了，用万用表一测，电压只跌落了0.8V，理论上还能坚持5倍的时间，也就是差不多100多分。

他们设计的过程中，我不断提醒他们低功耗设计的方法，怎么将耗电大户一一击破，但是听我话的组并不多。蔡伯言组就使用了我提出的一个关键设计，在9秒多的间歇期内，关闭了温度传感器的电源，一下将他们原先的成绩，从10分以内提升到100分左右。

其实还有更多的方法，比如在间歇期内把电源芯片关闭，还有更多的器件选择，可以进一步降低功耗，但是他们没有采用。

看起来很简单的一个要求，但要得高分，也不容易。这需要学生研究很多内容，电源如何设计、单片机如何选择和低耗模式设计、传感器选择和低耗设计，每一项努力，都会有收获，都会有进步。

这次设计还有一个亮点，钱学森班的多学科优势得以发挥。钱班的学生，有电类的，有能动的，有机械的，这个项目以电类为核心，加热、制冷、均匀的温度场、机械架构等，涉及很多学科内容，他们的分组恰恰体现了多学科综合。学生们自己设计、自己加工，完整实现了全套设备，让我很欣慰。

每次听着这些验收系统的鼓风机呼呼呼地吹，我心里都美滋滋的。学生们长大了，可以自己做东西了。

一门课程能够达到这种效果，当老师的就该满意了。