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兴趣是科研的加油站 精选

已有 7485 次阅读 2013-6-4 11:27 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 科研, 加油站

   

培养研究生,或许无定法。

  我本人从03年开始从事晶体相关研究工作(包括晶体生长及理论计算),但我的研究生小黄却对材料学没有感觉,而对电子(线路、单片机及软件)兴趣浓厚。按常理讲,没有这个能力,就不该承担这份责任,我是否理应把他推荐到电子专业的导师?可小黄本科毕业论文是我指导的,他考研生也直奔我而来,我了解他的科学兴趣。不研究材料,可他本身是块好材料,我找不到理由拒绝和放弃。

好在我还有一个小型飞行器研究室(面向全校学生的开放创新无线电物理实验室),就安排他在里面做飞行器电子模块设计。这个领域我不擅长,明确给他交代,你要有所成,就必须买一些专业书籍自学,顺便再网上点击国家级精品课程的视频学习软硬件,并购买一些必备的电子元器件,所需经费我出。衡量你工作的原则是开发的产品是否可用,是否好用。

  为此,我们长期不间断的讨论问题和实施方案。第一个模块是研发一个小型飞行器的降落保护系统,设计目的是保护飞机和机载设备在意外情况下的安全。目前常用的回收保护系统是降落伞式和次生气囊。但是次生气囊是在飞机坠地后与地面撞击后再激发开关打开气囊,对此极有可能在碰撞时已经将一些仪器设备损坏。因此,需要一种新型设备,能够在飞机坠机前打开气囊,避免与地面撞击产生的损失。小黄设计了两套方案,分别用超声波和红外探测距离,然后设计电子模块和机械工程模块,当距离小于某一设定值时,切断飞行器的动力源,导通气囊,包裹机身和机载设备。我建议选用声波。后来一经测试,尽管超声波的精度稍微差点,但是抗干扰能力较红外线强(红外线受阳光干扰)。这套成品去年已完成,等待进一步的实用开发。

随后,他带领小型飞行器团队,参加了两次全国大学生科研类航模锦标赛。小黄是里面的大师兄,负责科技作品创新比赛展示和答辩。做出这个决定也源于他踏踏实实的努力和不断涌现的创新思想。这样的学生是应该赋予更多的权利和自由的。

全国赛有个太阳能飞行项目,旨在利用太阳能电池作为动力源,延伸航时。但我校地处四川嘉陵江流域,初秋阴雨天较多,适合飞行的天气甚少。而且,另一方面,太阳能电池板价格不菲,易碎。上这样的项目必须要有把握啊。如果有一套能实时模拟太阳能发光功率的系统,再用这套系统来控制飞机电源输出,岂不解决了当前难题?小黄非常明白我的思路。说干就干,采用单片机(刚学会控制,正兴趣浓厚)作为核心元器件,内置编写烧制好的程序,通过按钮的不同档位控制输出变量,经过放大后实现控制电源输出功率,达到模拟不同天气下太阳能电源实际输出功率所产生的效果。经过多次测试与实验,系统运行正常。作品在荆门科技馆里面展示时,还有幸给路甬祥院士作了汇报和留影。

小黄那个得意啊,我从相机的镜头里看得一清二楚!那一刻,科学技术,如同一面春风,抚摸了一个年轻人前进过程中所有的苦涩;又如一场春雨,浇灌了一颗刚冒出新芽的具有美好前景的种子!

“曾老师,暑假很热(南充有时高达四十度),我们在实验室奋斗了两个月值了!”。看到学生的笑容,老师内心深处总是充满了甜蜜。恩,那就继续吧!最终他的作品获得科技创新三等奖,申请了专利保护,更为重要的是,他品尝到科研的滋味,那是他喜欢的感觉!

就这样,一过两年。最近我的精力基本放在我自己设计做的一台三温驱单晶炉上(图纸,配件及与加工公司的交涉),原本以为他可能就这样再做点小样品,就准备找工作毕业了。然一个偶然机会,生命科学学院胥教授得知我自己在设计科研仪器,问我可否给他做三套UVB智能控制系统(要求:可模拟室外的UVB强度,比列分布1%-1000%,可设置恒定的UVB大小值,全部参数设置好后由智能芯片控制运行,自动记录温、湿度和紫外强度数据,长期工作)。

 这是可系统工程,我不太确定。普通的单片机能承载较多的信息?涉及的嵌入式系统,可否驾驭?小黄当然是我最核心的成员,但仅仅他一人也无法做完如下多的硬件和软件!飞行器实验室有个学生计算机过了专业四级,另外再加一名做过很多电子设计的学生,我们的团队应然而成。小黄自信满满,我更多的是给予肯定。于是就和胥教授草签了一协议,时间在两个月内完成装机。

然而,开发的过程中却是困难重重,毕竟这是真枪实弹的第一单。UVB灯泡功率高,但发出的UVB量少,与UVB灯管相比,差距很大,但灯管的不同亮度却难以控制;单片机与嵌入式系统的稳定性可否有机结合?及为此项目组士气不振,项目进展跌入了空前的低谷。

因为单片机是控制的基础核心,其稳定性是十分重要,以前他用单片机做过一些简单的小模块,但本次项目程序相比之下大了很多。为解除他内心的质疑,我还咨询了好几位业内专家。“完全可以,开发这个控制系统不会有问题!”

这样一句话给了他一颗定心丸,他突然间精神振作。带领团队经过几天的搜集查询,收集了不少的电路图。同时联系了一家日灯管买可调光镇流器的公司。不知道能否真的控制灯管亮度呢?又能不能控制紫外线灯管呢?

实验不需要猜测。经测试,公司配套的可调开关根本不能控制!看来任何事情都是没有免费的晚餐啊。于是不用它自带的可调开关,冒着220V强电小心的开始摸索测试(以前接触的基本是弱电,强电很少做,所以我再三叮嘱安全!)。他改装了一个电路图,弄了一些外接电路进行实验,很快发现,当串联一个可调电阻时,调节电阻大小,可以使其灯光跟着渐变,这就是本项目的一个重大的突破口!

兴奋过后才考虑到一个问题,如何用单片机来自动控制外部电阻大小,进而控制灯管亮度呢?查询了相关资料发现,目前的数字电阻器可以实现智能控制输出电阻,比如MAX5106DS1699等,但是其输出电阻是非连续的,而是由几个档位,且档位十分有限,这肯定不能满足调光使用,同时考虑到用DAC芯片电信号来替代电阻效果,很难控制,且DAC成本高。

考虑过用单片机驱动电机来调滑动变阻器,但是机械动作的东西毕竟不怎么可靠,而且使用寿命不长,项目进展顿时又陷入了低谷。此时我正在另外一个科研机构做一个项目,我给他打电话,让他先休息两天。如果从正面走不通,为何我们不能从反面来设计?科学研究不需要蛮干,如果找到灵感,可能事半功倍。

再次接到他电话的时候,话语里充满了喜悦和笑声。他说有了:一种新型的数字光控变阻管。基本原理是用LED与光敏电阻封装在黑盒子里面,通过调节LED量度照射光敏电阻,实现电阻智能调节。项目的核心技术问题迎刃而解!这套系统也有了自主知识产权。

项目就在这样跌宕起伏的实战中进行了近2个月时间,最后完胜。这套系统已经交付胥教授课题组使用,他们也比较满意。老实说,他完成的作品超过了我和胥教授的预期(远高于合同,非常实用)。系统包括了2种控制方式:单机模式和联机模式,包括恒定UVB模式和动态UVB(室外同步UVB)模式。联机模式是通过电脑远程自动控制的,不需要在每个温室里面设置参数,只需在电脑上面设置控制参数即可。动态UVB 模式是将温室内的UVB值将随室外的UVB值动态变化,而变化的多少可由实验人员自主设定。这样的系统完善,数据处理和记录显得很智能,大大提高了适用性能!

在庆功宴会上,他给我说了一个细节:在设计新型的数字光控变阻管时候,他和另外两个学生在实验室连续工作了三个通夜!天哪,我可从来没有这样要求过我的学生通宵达旦的干活!尽管以前我作为研究生时候,和同学在一台单晶炉前通宵职守过设备运行,但是科学研究,还得以人为本。或许兴趣才是最大的老师,责任感是动力的源泉(科研产品必须满足需求)!他的表现无疑肯定了我的研究生培养理念!

现在的他更加自信,我也希望他再接再厉,获得更大的成功!


   








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