高校電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目計(jì)劃書一、項(xiàng)目背景與意義隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)計(jì)在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽作為高校工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的重要平臺(tái)，不僅考驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新思維與技術(shù)整合能力，更要求作品具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與工程可行性。本項(xiàng)目聚焦于基于邊緣計(jì)算的智能環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，旨在解決傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性不足、數(shù)據(jù)處理依賴云端導(dǎo)致的延遲與隱私風(fēng)險(xiǎn)，通過融合傳感器技術(shù)、嵌入式開發(fā)與邊緣計(jì)算算法，打造一套低功耗、高可靠、本地化決策的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為校園、家庭等場(chǎng)景的環(huán)境管理提供技術(shù)參考，同時(shí)提升團(tuán)隊(duì)成員的工程實(shí)踐與創(chuàng)新協(xié)作能力。二、項(xiàng)目目標(biāo)（一）功能目標(biāo)1.實(shí)現(xiàn)溫濕度、PM2.5、甲醛、光照等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集，采樣頻率不低于10Hz，測(cè)量精度達(dá)到±5%RH（濕度）、±0.5℃（溫度）；2.搭載邊緣計(jì)算模塊，在設(shè)備端完成數(shù)據(jù)預(yù)處理（如異常值過濾、趨勢(shì)分析）與本地決策（如根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動(dòng)控制通風(fēng)、照明設(shè)備），響應(yīng)延遲≤50ms；3.支持藍(lán)牙/WiFi無線通信，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)APP或云端平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與參數(shù)配置；4.具備低功耗設(shè)計(jì)，電池供電模式下連續(xù)工作時(shí)長(zhǎng)≥7天，或市電供電模式下功耗≤5W。（二）競(jìng)賽目標(biāo)在本次電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，通過作品的創(chuàng)新性、實(shí)用性與工程完整性，力爭(zhēng)獲得省級(jí)一等獎(jiǎng)及以上成績(jī)，并以此為契機(jī)，沉淀技術(shù)成果，為后續(xù)科研或創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。三、團(tuán)隊(duì)組成與分工成員姓名專業(yè)方向職責(zé)分工----------------------------------------------------張三電子信息硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)（電路原理圖、PCB繪制、硬件調(diào)試）李四計(jì)算機(jī)科學(xué)軟件算法開發(fā)（嵌入式程序、邊緣計(jì)算算法、APP開發(fā)）王五自動(dòng)化系統(tǒng)集成與測(cè)試（傳感器標(biāo)定、功能驗(yàn)證、性能優(yōu)化）趙六通信工程文檔撰寫與項(xiàng)目管理（需求分析、技術(shù)文檔、進(jìn)度跟蹤）團(tuán)隊(duì)采用“每日站會(huì)+周復(fù)盤”機(jī)制，同步進(jìn)展、解決問題，確保分工協(xié)作高效銜接。四、技術(shù)方案（一）系統(tǒng)架構(gòu)本系統(tǒng)采用“感知層-邊緣計(jì)算層-應(yīng)用層”三層架構(gòu)：感知層：由多傳感器模組（SHT30溫濕度傳感器、GP2Y1010粉塵傳感器、ZE08甲醛傳感器）組成，負(fù)責(zé)環(huán)境參數(shù)采集；邊緣計(jì)算層：以STM32H743為核心，搭載FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，運(yùn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理算法（滑動(dòng)窗口濾波、LSTM異常檢測(cè)）與本地決策邏輯（模糊PID控制算法）；應(yīng)用層：通過ESP8266（WiFi）或nRF____（藍(lán)牙）實(shí)現(xiàn)無線通信，手機(jī)端APP采用Flutter開發(fā)，支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化與遠(yuǎn)程控制；云端平臺(tái)基于ThingsBoard，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備管理與大數(shù)據(jù)分析。（二）硬件設(shè)計(jì)1.電源模塊：采用鋰電池（3.7V）+升壓/降壓電路，實(shí)現(xiàn)5V、3.3V、1.8V多電壓輸出，低功耗模式下通過STM32的STOP模式降低待機(jī)電流至≤10μA；2.傳感器接口：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化I2C/SPI/UART接口，支持傳感器熱插拔與擴(kuò)展，預(yù)留2路備用接口；3.通信模塊：WiFi與藍(lán)牙雙模設(shè)計(jì)，通過STM32的USART接口與無線模塊通信，支持AP配網(wǎng)與藍(lán)牙快速配對(duì)；4.PCB設(shè)計(jì)：采用4層板（信號(hào)層、電源層、地層），關(guān)鍵信號(hào)做阻抗匹配與隔離，降低電磁干擾。（三）軟件開發(fā)1.嵌入式程序：基于STM32CubeIDE開發(fā)，采用FreeRTOS任務(wù)調(diào)度，分為傳感器采集（100ms周期任務(wù)）、數(shù)據(jù)處理（事件觸發(fā)任務(wù)）、通信（隊(duì)列任務(wù)）三個(gè)核心任務(wù)，任務(wù)間通過消息隊(duì)列與信號(hào)量同步；2.邊緣算法：數(shù)據(jù)預(yù)處理采用滑動(dòng)窗口濾波去除隨機(jī)噪聲，異常檢測(cè)基于LSTM模型（TensorFlowLiteforMicrocontrollers部署），本地決策采用模糊PID算法，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略；3.APP開發(fā)：Flutter框架開發(fā)跨平臺(tái)APP，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)配置、歷史數(shù)據(jù)查詢功能；4.云端平臺(tái)：ThingsBoard平臺(tái)配置設(shè)備影子與規(guī)則鏈，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、可視化儀表盤、報(bào)警推送（郵件/短信）。五、進(jìn)度安排階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)核心任務(wù)---------------------------------------------------------------------------------------------------------需求分析與方案設(shè)計(jì)第1-2周調(diào)研同類產(chǎn)品，明確技術(shù)指標(biāo)；完成系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件選型、算法方案論證；輸出《需求規(guī)格說明書》《技術(shù)方案白皮書》硬件設(shè)計(jì)與制作第3-5周繪制電路原理圖、PCB版圖；采購(gòu)元器件，完成硬件焊接與初調(diào)；解決電源干擾、傳感器兼容性等問題軟件開發(fā)與調(diào)試第6-8周完成嵌入式程序框架開發(fā)，調(diào)試傳感器驅(qū)動(dòng)；開發(fā)邊緣算法并移植到MCU；完成APP與云端聯(lián)調(diào)系統(tǒng)集成與測(cè)試第9-10周硬件軟件集成，進(jìn)行功能測(cè)試（傳感器精度標(biāo)定、響應(yīng)時(shí)間測(cè)試）、性能測(cè)試（功耗、穩(wěn)定性）；優(yōu)化系統(tǒng)短板優(yōu)化與文檔整理第11-12周根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化硬件（如PCB改版）、軟件（算法參數(shù)調(diào)整）；撰寫競(jìng)賽報(bào)告、制作演示視頻；完成作品答辯預(yù)演六、預(yù)算規(guī)劃支出項(xiàng)預(yù)算范圍說明----------------------------------------------------------------------------------------------------硬件采購(gòu)約[X]元傳感器、MCU、無線模塊、鋰電池、PCB板材等核心元器件采購(gòu)工具耗材約[X]元示波器探頭、焊錫絲、熱縮管、打印紙等；3D打印外殼（如需要）PCB打樣約[X]元4層板打樣（2次以內(nèi)，含加急費(fèi)）外協(xié)費(fèi)用約[X]元如委托PCB焊接、3D打印服務(wù)（可選）其他約[X]元交通、打印、答辯材料制作等總預(yù)算：約[X]元（根據(jù)實(shí)際采購(gòu)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整，建議控制在學(xué)校競(jìng)賽經(jīng)費(fèi)支持范圍內(nèi)，或通過企業(yè)贊助補(bǔ)充）。七、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)對(duì)（一）技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)：邊緣算法復(fù)雜度高，MCU算力不足導(dǎo)致實(shí)時(shí)性下降；應(yīng)對(duì)：提前在PC端驗(yàn)證算法（TensorFlow訓(xùn)練LSTM模型，量化后移植到MCU）；采用STM32的DSP指令集、FPU單元優(yōu)化計(jì)算效率。（二）時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)：硬件調(diào)試周期超出預(yù)期（如PCB短路、傳感器不兼容）；應(yīng)對(duì)：預(yù)留1周緩沖時(shí)間；采用模塊化設(shè)計(jì)，先驗(yàn)證核心模塊（傳感器+MCU最小系統(tǒng)），再逐步擴(kuò)展功能。（三）資源風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)：關(guān)鍵元器件缺貨（如STM32芯片、傳感器模組）；應(yīng)對(duì)：提前2周采購(gòu)，備選國(guó)產(chǎn)替代方案（GD32替代STM32，國(guó)產(chǎn)傳感器替代進(jìn)口）；與供應(yīng)商協(xié)商加急發(fā)貨。八、預(yù)期成果1.競(jìng)賽成果：完成具備創(chuàng)新性與實(shí)用性的電子設(shè)計(jì)作品，在競(jìng)賽中展示系統(tǒng)功能、技術(shù)方案與工程文檔，力爭(zhēng)獲得優(yōu)異成績(jī)；2.技術(shù)成果：輸出《系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（含硬件原理圖、PCB版圖、軟件源代碼、算法文檔）、《測(cè)試報(bào)告》（含性能指標(biāo)、兼容性測(cè)試）；申請(qǐng)軟件著作權(quán)或?qū)嵱眯滦蛯＠ㄈ珥?xiàng)目具備獨(dú)創(chuàng)性）；3.能力提升：團(tuán)隊(duì)成員掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、邊緣計(jì)算算法、無線通信等核心技能，提升工程問題解決與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；4.應(yīng)用價(jià)值：作品可推廣至校