光电智能设计与应用综合平台建设探索

漆 强，吴援明

(电子科技大学 光电信息学院，成都 610054)

光电技术是由光子技术和电子技术结合而成的新技术，涉及光显示、光存储、激光等领域，是未来信息产业的核心技术。光电技术的概念非常宽泛，它围绕着光信号的产生、传输、处理和接收，涵盖了新材料、微加工和微机电、器件和系统集成等一系列从基础到应用的各个领域。光电科学技术是光电信息产业的支柱与基础，涉及光电子学、光学、电子学、计算机技术等前沿学科理论，是多学科相互渗透、相互交叉而形成的高新技术学科。从人才培养角度来看，光电工程和光通信专业以及光信息科学与技术专业是以光电技术为基础，将光、电、半导体技术紧密结合的复合型专业，使学生掌握坚实的光电材料与器件专业基础知识，培养光电材料、器件工艺与光电系统设计的高级专业人才。从上述两点来看，建立一个跨学科、跨平台的综合实验平台，对于培养高素质应用型、复合型、技能型人才十分有益［1］。

电子科技大学光电信息学院已经建设好的实验室有:工程光学实验室、光电子技术实验室、光电成像技术实验室、光电器件特性测试实验室、光纤波分复用实验室和光电材料实验室等17个实验室。这些实验室都是按课程或课程群建设的，内容局限在该课程或课程群内，而且都是基于光电材料到光电器件的分析、制作、设计、测试，还没有涉及光电系统设计的综合性、创新性实验项目。光电类实验课程存在的主要问题就是缺乏跨学科、跨平台的综合性光电系统设计项目。下面结合学院的实际情况对平台建设进行分析。

1 平台建设目标和特色

该实验平台将主要以光电科学与工程专业和电子科学技术专业为主，覆盖这两个专业的学科基础课程和专业方向课程，如《激光原理与技术》《红外与微光技术》《传感技术》《光电探测技术》《光伏能技术》《模拟电路》《数字逻辑设计》《微机原理与接口技术》和《嵌入式系统》等课程，还包括《自动控制》与《机械设计》等相关课程内容，是多学科课程的综合设计平台。

该实验平台具有以下特色:

1)实验内容具有跨学科的综合性与创新性。所有实验项目都是综合光传感技术、光探测技术、光伏能技术、电路技术、计算机技术、自动控制技术和机械设计技术的系统性项目，具有跨学科的综合性。同时，实验项目全部是设计性、创新性的。

2)实验方式的先进性与开放性。每个实验项目只给出设计要求，学生自主完成设计方案，根据自己的设计方案，完成系统关键部分的制作，并构建整个系统，达到实验的系统性要求。

3)鼓励优秀学生积极参与实验仪器设备开发。教师在进行实验仪器设备开发时，选拔有一定动手能力和工程经验的学生全程参与，包括方案的设计、电路的焊接和调试、机械的加工等环节。这样培养出来的学生对一个实际工程产品的开发流程就会有详细的认识和体验，同时，鼓励学生在此基础上进行实验设备的更新，实验项目的开发，提高学生的创新实践能力［2］。

2 实验项目设计

为了体现实用性，该光电系统实验平台的实验项目全部是由近年开发的实际应用系统和光电设计大赛题目演变而来，是教师经过提炼自主开发的，达到国内领先水平。

1)实验项目一:常用光电传感器的设计、制作与应用。该实验项目为基础设计项目，让学生熟悉常用的光电传感器的应用:发光二极管、光耦、光电拨码盘、光电摄像头、光电探测器、激光引导等，并自己设计传感器电路，作为基础应用模块，完成路径检测、速度检测、图像处理、距离和障碍检测等功能。实验框图如图1所示。

2)实验项目二:基本嵌入式系统功能模块的设计与制作。该实验项目也为基础设计项目，让学生掌握ARM公司的最新内核Cortex－M3控制器，以NXP公司的LPC1768为例，掌握该芯片最小系统的设计:包括复位电路、时钟电路、串口电路、键盘和显示模块的设计。本实验希望学生自己设计一个LPC1768的开发板，包括以上功能模块，并编写底层驱动程序，完成调试［3］。实验框图如图2所示。

3)实验项目三:基于光电导航的智能车设计与制作。该实验项目为综合性设计项目，以第二届光电设计大赛的题目为蓝本，实验参数和指标参考比赛要求，力图达到真实训练目的。该实验将利用各种光电传感器，让智能车在规定的路径上行驶，停泊到指定位置;在进入指定位置时，应具备避障功能，不能触碰停车位的边壁;停车完成后发出声光信号提示，同时显示行驶的里程;要求能够在最快的时间完成。在完成各项功能时，可以考虑采用不同的方法完成，如路径的检测可以采用反射式光电二极管、光电摄像头或者激光引导的方式。实验要求学生自行设计方案，完成整个电路设计并进行调试［4］。实验框图如图3所示。

图1 常用传感器应用的实验框图

图2 嵌入式系统功能模块的实验框图

图3 光电导航智能车的实验框图

4)实验项目四:太阳能应用(太阳能动力智能车设计与制作、太阳能动力光源的设计与制作)。该实验项目也是综合性设计项目，以第三届光电设计大赛的题目为蓝本，学习太阳能电池的各种应用，如光源的设计和太阳能为动力的智能车设计，培养学生综合应用能力。太阳能光源的设计要求自行选择太阳能电池，并设计电子电路和光学电路产生点光源，并利用积分球和光通量测试仪检测光通量;太阳能动力智能车则主要使用太阳能电池为智能车的动力，进行载重运行，利用激光进行导航，在指定的路径上，完成重物的搬运，要求在最短的时间内完成任务。要求学生自行设计实验方案，完成整个电路的设计并调试［5］。实验框图如图4所示。

图4 太阳能负重导航车的实验框图

3 结束语

光电智能设计与应用综合平台的发展还处于起步探索阶段，如何完善实验项目，如何更好地培养复合型、创新型人才，还有很多问题没有解决，需要我们在平台建设中不断摸索。本文提出了一些建设性的参考意见，只属于一家之言，我们将在平台建设和运行过程中不断总结经验和教训，力图打造一个跨平台、跨学科的综合应用平台，全方位培养学生的综合素质。

［1］张淑玲，黄启.经管类跨专业综合实训平台建设探讨［J］.实验科学与技术，2013，11(4):159－161.

［2］李从举.以高水平实验室为平台，培养创新型人才［J］.实验科学与技术，2013，11(4):134－136.

［3］赵俊.ARM嵌入式应用程序架构设计实例精讲:基于LPC1700［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2013.

［4］蔡述庭.“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛设计与实践:基于S12XS和Kinentis K10［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2012.

［5］黄惠良.太阳能电池:制备·开发·应用［M］.北京:科学出版社，2012.