电子学导论课程（ECE110 Introduction to Electronics）是ZJUI电气工程及其自动化专业的一门专业入门课，由英国皇家工程院院士Gehan Amaratunga和ZJUI助理教授林毓共同授课。该课程重点讲解电路和电子设备的测量、建模与分析方法，同时广泛涵盖诸多相关应用领域，涉及电气和计算机工程的多个子学科主题。 该课程以随课实验为切入点，着力激发学生对专业学习的兴趣，让学生能够较早接触电气元件及其在系统中的实际应用，并通过分析与设计环节，切实提升学生解决问题的能力。课程将实现DIY智能小车的设计与制作为目标，鼓励同学们在学习理论知识和持续开展实验的过程中，充分发挥创意，制作出各具特色的智能小车。 今天，我们有幸邀请到了 ECE110课程的2024级电子与计算机工程专业刘佳阳和刘芮萌团队来给大家分享他们的小车。
01 灵感的火花，一触即发！
学期末，ECE110 课程的同学们迎来了最终项目 —— 智能小车。刘佳阳团队经历了激烈的头脑风暴之后，决定打造一辆全自动的智能小车。寻觅灵感的过程，每一步都布满荆棘，刘佳阳团队深入观察生活，从中汲取灵感，在否定了无数天马行空的想法后，终于有了初步的想法，艰难地迈出了探索之旅的第一步。刘佳阳团队为小车设计了循迹寻光功能，旨在让小车能够在复杂的环境中自主运行。为了实现这一功能，他们运用专业知识，将小车进行了细致的模块划分：循迹行驶、光敏感应、H桥、蜂鸣器报警。 其中，循迹行驶模块是小车的行动导向核心，它能够通过特定的传感器，精准识别预先设置好的行驶轨迹，引导小车沿着正确的路线稳定前行；光敏感应模块则犹如小车的 “眼睛”，对周围光线强度的变化极为敏锐，当光线出现特定变化时，该模块能迅速做出反应，为小车的决策提供关键依据；H 桥模块承担着动力传输与控制的重任，它巧妙地整合电路，合理分配电能，确保小车的电机能够按照预期的速度和方向运转，为小车的行动提供稳定的动力支持；蜂鸣器报警模块则作为小车的 “预警卫士”，一旦小车在运行过程中检测到异常状况，如偏离预设轨迹、光线强度超出正常范围等，蜂鸣器便会立即发出响亮的警报声，提醒同学们及时进行干预和调整。
02 电路搭建：智能小车的“神经网络”
总体方案确定后，刘佳阳团队立刻全身心投入到电路搭建工作中。为实现循迹功能，刘佳阳团队选用了红外传感器。他们将传感器安装在小车底部，如此一来，传感器便能检测地面的黑白线条，进而引导小车沿着设定轨迹行驶。为精准感知光线强弱，小车采用了高灵敏度的光敏电阻，这一关键部件赋予了小车卓越的光线感知性能。当环境光线出现哪怕极为细微的变暗趋势，高响应速度的光敏电阻便能迅速触发精心设计的简易电路。电路与高效能的H桥协同运作，精准控制小车瞬间实现平稳倒退，同时，高分贝的蜂鸣器即刻发出清晰警报，以极强的警示效果宣告环境光线异常。整个光线感知与响应系统配合默契，让小车在复杂光线环境下也能可靠运行，展现出强大的环境适应性能。
▲ 电路搭建过程
然而，红外传感器与光敏电阻会同时产生两种输入信号，那么小车该如何接收这些不同信号，从而做到运行顺畅、“行动自如”呢？经过反复思考与多次尝试，刘佳阳团队最终决定利用芯片搭建逻辑电路，通过巧妙设计电路的逻辑规则，让芯片能够智能识别并整合红外传感器与光敏电阻的信号，以此来攻克这一棘手难题。 然而，红外传感器与光敏电阻输出的仅仅是模拟信号，对于小车而言，要想精准“读懂”遮光、循迹等指令，还必须具备将模拟信号转换为数字信号的能力。为解决这一关键问题，刘佳阳团队为小车安装了Arduino开发板，并通过编写程序，成功实现了模拟信号到数字信号的转化。 如此一来，刘佳阳团队借助软件编程与硬件搭建相互配合的方式，成功为小车打造出如同“神经网络”般的智能信号处理与决策系统。
03 机械组装：让小车“动”起来
在顺利完成电路搭建这一关键环节后，项目推进到了机械组装阶段。刘佳阳团队深知，机械组装的质量与选材对小车整体性能和运行稳定性至关重要。经过一番深思熟虑与材料筛选，他们选定了轻巧且具备一定强度的塑料材料来制作小车的外壳。这种塑料材料不仅重量轻，能够有效减轻小车的整体负荷，利于提升运行速度，还具有良好的可塑性，方便他们根据设计需求，精心雕琢出符合空气动力学原理的外壳形状，以减少风阻。同时选用了具有出色耐磨性和良好抓地力的车轮，以确保小车在不同地面条件下都能平稳行驶，无论是光滑的桌面，还是稍有粗糙的实验场地地面，都能应对自如。
然而，小车组装完成后的首次测试并没有刘佳阳团队想象中那么顺利。小车在循迹过程中频繁偏离预设轨道，循迹效果差强人意。团队意识到，细节关乎成败，任何一个细微问题都可能对最终成果产生重大影响。在实验员老师的耐心指导下，他们先是调整了光敏传感器的位置，接着对H桥电路的连接进行优化，甚至对部分机械结构重新设计。经过一番努力，小车终于能按照预期运行。当小车沿着轨道稳稳行驶，遇到遮光情况时清脆的警报声随之响起。那一刻，团队同学们的心中满是成就感。
最后，同学们提到，“回首智能小车的整个制作历程，我们心中满是感慨。一切始于最初脑海中闪过的一个简单念头，从那时起，我们便踏上了一段充满挑战与乐趣交织的旅程。起初，我们都只是零基础的“小白”，面对复杂的电路搭建任务，心怀忐忑却又充满期待。我们如同精雕细琢的工匠，小心翼翼地安置每一根导线、每一个电子元件，为小车精心构建起“神经脉络”，期望它能拥有敏锐的感知与精准的指令传输能力。在机械组装环节，大家同样全神贯注，将各个部件精准拼接，力求赋予小车稳固可靠的“骨架”，使其能在后续的运行中保持良好的稳定性。随后的调试优化阶段，堪称一场艰苦卓绝的持久战。我们历经一轮又一轮的尝试，遭遇一次又一次的失败，却从未有过放弃的念头，而是不断总结经验，重新尝试。在这反复摸索的过程中，小车也逐渐显露出“生命迹象”，开始对我们的指令做出回应。终于，在团队成员齐心协力的不懈努力下，小车成功“活”了起来。这一刻，之前所有的汗水与付出，都化作了满心的成就感与喜悦。 这段宝贵经历，不仅极大地提升了我们的动手实践能力，更让我们深刻体会到团队协作所蕴含的强大力量。在整个过程中，团队成员们各展所长、各司其职，却又紧密配合，每一个建议、每一份努力都汇聚成推动项目前行的动力，让我们在困难面前无畏无惧，最终收获成功的喜悦。”
在ZJUI，每一门课程与实验都是对ZJUI学子们应对工程挑战、解决实际问题的能力锤炼。在学习电子学导论这门课程的过程中，同学们巧妙地将多学科理论知识灵活运用到实践中，亲自动手打造智能小车。从搭建框架到安装部件，每一步操作都如同拆解复杂谜题，困难重重，挑战不断。但正是在反复摸索与调整的过程中，同学们对所学知识的理解愈发深刻，掌握也更加牢固。这段宝贵经历在同学们未来漫长的工程实践道路上，稳稳铺下了坚实的基石，助力他们迈出更为自信、坚定的步伐!
