电子信息工程专业CDIO工程教育的实现

许勤 赵园园

电子信息产业对应用型人才提出更高的要求。高校电子信息专业适当调整课程体系，解决新形势下高校专业教学与实际工程存在脱节的现象，向社会提供创新型应用人才。CDIO工程教育模式是近年国际教育改革的成果，为当前的高等工程教育和创新型人才教育提供了有效的途径。

CDIO是构思Conceive、设计Design、实施Implement、运作Operate英文缩写。我们在进行构思（C）-设计（D）-实现（I）-运作（O）的流程时，这些流程并不是孤立的。在CDIO工程教育思想的指导下，我们在电子信息工程专业的课程体系设计要进行精心构思、设计、实施和运行，将项目进行分解和分布在对应课程内。以项目为中心，分为若干阶段进行实施，相关课程学习内容围绕项目进行组织。培养学生的知识、能力、素质全面发展，将理论教学与实践教学进行一体化设计，以项目案例为驱动，将知识传授与能力培养融合在一起，在做中学，激发学生的学习兴趣，提高学习主动性，创新能力及团队沟通与合作能力。本文以自动控制水位检测项目为例，讨论CDIO工程教育的实施过程。

1.构思（Conceive）

在实际教学过程中，我们虚拟制造业企业接到产品订单，从而确定客户的需求，这就是电子信息专业设计项目的目标。使学生的创意设计具有现实价值与实际应用价值。

本项目首先分析研究现状，在许多工农业生产过程中，都需要监测水位，对供水系统就有自动控制的要求。对水位的实时监控，在生产过程中有很大的要求，传统的方法往往都是需要与水位进行接触，可能会出现水被测量器件污染的问题。也会出现水对器件的影响使器件失效等问题。所以超声波测距这时就派上用场了。超声波对于方向性和光束特性都有很大的优势，检测方便，快捷，易于实时控制，测量精度可以满足行业的实际要求。

项目任务指标：对于经济性和效率的要求，我们确定了一种对于水箱的水位自动控制报警系统。对于这个系统，它是采用单片机作为控制核心，运用超声波测距。系统中，水位分为高水位，正常水位，低水位。水位处于低水位时，亮红灯；水位处于正常范围，亮绿灯；水位处于高水位时，亮黄灯。

2.设计（Design）

在这个部分，学生需要把自己的產品设计用专业软件绘制出来，同时标出对应的具体数据，并深入讨论及确认验收方案。

本次设计的方案重点运用了四种技术，分别是传感器技术、弱电控制强电的技术、单片机技术以及光报警技术。主要完成以几点工作：（1）检测电路硬件的设计：完成对超声波模块的使用和得到水位的高度电路设计和电路分析。（2）显示电路硬件的设计：单片机控制电路设计和对LCD显示模块的电路设计。（3）采用C语言进行软件编程，处理各个模块的调用。

设计方案把80C51单片机当作我们的控制核心，这个方案的工作过程是系统超声波模块在不断对水位进行实时测量，然后显示此时的水位高度。当水位被超声波模块检测到低于低水位时，微控制器给P1.3端口低电平，把红灯点亮，也给P1.7低电平信号，导通光电耦合器，闭合继电器，开启抽水水泵进行抽水和给P0.0一个高电平信号使另一个继电器断开，关闭放水水泵；伴随着水位的上升，此时水位处于正常水位范围内，单片机给P1.2管脚低电平，亮绿灯；当水位处于高水位时，单片机也给P1.1管脚一个低电平，亮黄灯，在P0.0管脚出来低电平使光电耦合器导通，闭合继电器，开启放水水泵和在P1.7管脚出来高电平信号使另一个继电器端口，关闭抽水水泵，水位就可以下降了；当这三盏灯同时闪烁的时就表明此时系统有故障出现了。

有了设计方案以后，老师需要引导学生进行系统分析与解构，把一个复杂的图分解成为一系列可操作、易实现的结构元件，也就是同学们常见的模块化设计。把这些结构元件进行分类之后，分配到每一个小组成员，作为工程项目的子项目。

在这个过程中，老师要引导学生操作设计软件中的常用元件、元件变形、模块接口等，学生必须具备一定的准备知识基础，做到有的放矢，不至于失去方向。

3.实现（Implement）

各小组成员就可以依据自己所分配的结构元件进行实物制作，并且在项目时间表规定的时间内完成制作。

完成元件制作之后，小组需要把各元件进行系统整合，并且进行测试，在测试过程中发现系统的漏洞与缺陷，找出改进的办法与措施，最终完成整个产品的制作，交给老师进行验收并给出结论。

在这个过程中，老师一方面需要给学生提供实物制作的的相关资源，例如元器件、标准电源、制作工具、测试仪器等。学生已经掌握这些工具的使用操作步骤。系统整合与测试过程中，老师也经常会参与到同学们的，提出自己的一些想法与建议给学生参考。

在实物演示过程中，运行此水位控制系统，对照实物的现象已经达到方案实际要求，实现了水位自动控制和报警功能。

4.运作（Operate）

在完成验收之后，我们会安排小组成员进行产品推荐。推荐是指在公开演示产品，让学生体现一下创新产品的孵化过程，同时也让更多的同学来对产品进行评价与提出意见。小组最后明确该系统设计结构简单，制造成本低，灵敏度高，节能明显，是各种高液位储存的理想选择 设备，产品可广泛应用于日常生产。小组对产品进行优化与改进，使产品可以精益求精。如超声波接收电路用金属外壳屏蔽，可以提高抗干扰能力。

在这个过程中，学生主要经历产品孵化的过程，同时了解产品推向社会的过程，使学生可以得到更多实用的知识。

参考文献

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