НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

«Шаг в будущее, Москва» -

этап эволюции от школьника

до радиоинженера

Власов Андрей Игоревич

кандидат технических наук,

доцент кафедры «Конструирование и производство электронной аппаратуры»

В период весенних каникул прошла уже ставшая традиционной научная конференция молодых исследователей «Шаг в будущее, Москва». Основной задачей конференции является поддержка интеллектуального творчества молодежи, организация сотрудничества исследователей и ученых различных поколений, эффективное вовлечение учащихся в сферу инженерного творчества, развитие сотрудничества между кафедрами МГТУ им. Н.Э. Баумана и средними учебными заведениями, творческими коллективами, кружками, предоставление последним возможности использовать опытно-экспериментальную и исследовательскую базу лабораторий Университета для выполнения различных проектов. Конференция проходила по 12 секциям, охватывающим практически все направления приборо- и машиностроения, в ее рамках проходил также и программно-компьютерный салон.

Практически невозможно рассказать обо всех работах, представленных на конференции, даже простое перечисление их названий занимает около 100 страниц. Мы же хотели остановиться на тех секциях, которые традиционно ориентируются на работы в области конструирования и системотехнического проектирования электронных систем (электронно-вычислительных, радиоэлектронных, телекоммуникационных). Работы по данному направлению были представлены на секциях: «Информатика и системы управления», «Биомедицинская техника», «Радио-опто-электроника».

Рис. 1. Вычислительный комплекс с водяным охлаждением

В рамках работы секции «Информатика и системы управления» на подсекциях «Системы обработки информации и управления», «Интеллектуальные системы управления», «Наукоемкие технологии в проектировании и производстве электронных и телекоммуникационных систем», «Компьютерные системы» было представлено более 50 работ радиотехнической направленности, большинство из которых были доведены до готовых или опытных образов. Спектр работ необычайно широк, тут и идентификация человека по голосу, навигационный прибор для определения пройденного пути на местности, электронный велоспидометр, робототехнический комплекс «Гусеница», исполнительные органы для систем управления температурными режимами космических аппаратов для дальних перелетов, комплекс управления устройствами по радиоканалу, система безопасности одноразовых гранатометов и огнеметов и многое другое.

Рис.2. Участники программно-компьютерного салона

В качестве примера остановимся подробнее на работах лишь одной из большого числа радиотехнических подсекций - подсекции кафедры «Проектирование и технология производство электронной аппаратуры» (http://iu4.bmstu.ru). Большинство из представленных на ней работ, были посвящены разработке электронных узлов и законченных приборов. Практически все представленные работы были выполнены на очень высоком научно-техническом уровне, содержали элементы новизны, а достоверность полученных результатов подтверждалась опытной эксплуатацией и экспериментальными исследованиями. По итогам работы секции кафедры ИУ-4 были отмечены следующие работы:

1. Заец Максим (физико-математический лицей № 1580)

Комплекс удаленного компьютерного управления устройствами по радиоканалу.

Научный руководитель: к.т.н., доцент Власов А.И.

2. Куприянов Станислав (физико-математический лицей № 1580)

Перспективы молекулярной нанотехнологии и проблемы практической реализации ассемблеров.

Научный руководитель: профессор, д.т.н. Шахнов В.А.

3. Демин Алексей (Московский приборостроительный техникум)

Разработка измерителя виброускорений.

Научный руководитель: к.т.н. Бойкачев В.Н.

4. Сорокин Михаил (Московский приборостроительный техникум)

Программируемый генератор вибрационных сигналов.

Научный руководитель: к.т.н. Бойкачев В.Н.

5. Трянин Павел (гимназия № 1508)

Разработка электронного кодового замка.

Научный руководитель: к.т.н., доцент Власов А.И.

6. Контарев Александр (средняя школа № 132)

Разработка аппаратно-программного комплекса мониторинга тепловых режимов микропроцессорных систем.

Научный руководитель: к.т.н., доцент Власов А.И.

7. Кабаева Анастасия (средняя школа № 1283)

Программа определения дефицита материалов для выполнения производственной программы (заказов сбыта) с учетом остатков материалов на складах на примере завода Элакс.

Научный руководитель: Корженевский В.Н.

8. Дьячков Юрий (лицей № 17, г. Химки)

Модинг персонального компьютера.

Научный руководитель: к.т.н., доцент кафедры РК-1, Юренкова Л.Р.

Дипломом секции отмечена работа Заеца Максима (ФМЛ № 1580). Целью разработки является создание комплекса, реализующего интеллектуальное удаленное управление технологическими и бытовыми объектами на расстоянии не менее 150 метров. Достижение данной цели предполагает решение следующего комплекса задач: использование интерфейса передачи данных по радиоканалу и интерфейса обмена данными с ЭВМ, разработку структурных и принципиальных схемы управляющих и управляемых устройств, изготовление опытных образцов устройств комплекса, разработку программного обеспечения для работы в составе комплекса.  Непосредственно к ЭВМ подключается базовая станция. Она содержит контроллер, органы управления и устройство связи, т.е. приемо-передатчик. Радиосигнал, передающийся в эфир базовой станцией, принимается удаленными станциями, которые помимо контроллеров и приемо-передатчиков содержат периферийные модули, к которым подключаются управляемые устройства. К периферийному модулю удаленных станций могут быть подключены шаговые и коллекторные электродвигатели, блоки датчиков (присутствия, движения, температуры, влажности, охранные шлейфы и др.). Периферийный модуль одной из удаленных станций управляет пневматическим роботом МП-9С.

Основные функции по обработке и пересылке данных выполняет микроконтроллер, он же производит вывод информации на ЖК-индикатор и блок светодиодов, производит опрос клавиатуры, работу с энергонезависимой памятью. Приемо-передатчик используется для связи по радиоканалу с удаленными станциями. Для связи с ЭВМ используется блок сопряжения с ЭВМ. Для обновления программного обеспечения микроконтроллера без извлечения его из схемы, используется блок внутрисхемного программирования. В блок расширения может быть установлен более мощный приемо-передатчик или какой-либо периферийный модуль. Блок питания обеспечивает все блоки базовой станции необходимыми напряжениями питания. Микроконтроллер управляет всеми блоками удаленной станции и производит обработку данных. Микроконтроллер также реализует интерфейс I2C для работы с микросхемой памяти и осуществляет простейшую индикацию через блок светодиодов. Связь с базовой станцией обеспечивается приемо-передатчиком. Периферийный модуль управляет подключенными к удаленной станции устройствами. Блок питания обеспечивает все блоки удаленной станции необходимыми напряжениями питания. Опытная эксплуатация комплекса производилась со следующими устройствами:

·       Пневматический робот МП-9С

·       Шаговый двигатель от принтера Star NX-1500

·       Коллекторные двигатели МОТ-1

Рис. 3. Общий вид базовой станции

Программное обеспечение комплекса состоит из прикладного программного обеспечения ПЭВМ, программного обеспечения микроконтроллера базовой станции и удаленных станций. В составе опытного образца комплекса имеется три удаленные станции, и соответственно три программы для трех МК. В качестве среды разработки использован DELPHI 7, транслятора PICAntIDE и компилятора MPLAB. Разработанный комплекс можно применять в охранных системах, системах радиочастотной идентификации, системах пожаробезопасности, системах контроля доступа, системах интеллектуальных зданий, для управления лабораторными и робототехническими комплексами и т.п.

Рис. 4. Общий вид удаленной станции

Работа Алексея Демина (Московский приборостроительный техникум) посвящена разработке устройства для измерения вибрации и ускорения, подключаемого к компьютеру и программного обеспечения к нему для сбора, обработки и документирования результатов измерений динамических воздействий. В ходе работы рассмотрены варианты сопряжения устройства с компьютером, созданы конструктивные решения устройства и датчика, разработано программное обеспечение. Измеритель собран с применением акселерометра ADXL202, микроконтроллера PIC16F84A и подсоединяется к персональному компьютеру посредством интерфейса RS-232C. Устройство может быть в дальнейшем модернизировано и подстроено под специализацию конкретных испытаний путем настройки или минимального изменения текста программ.

Устройство, разработанное Сорокиным Михаилом (Московский приборостроительный техникум), предназначено для управления электромагнитами, силовыми двигателями (асинхронными трехфазными) при проведении испытаний приборов на вибростенде, а также может использоваться в качестве генератора сигналов для настройки радиоэлектронной аппаратуры или применяться как источник питания. Устройство построено на котроллере PIC16f84A, подключается к ПК через интерфейс RS-232C, управление осуществляется с помощью прикладного ПО. Универсальный генератор имеет возможность расширения и дополнения для его дальнейшего развития: возможность замены RC-фильтров в блоке фильтров на ЦАП с целью улучшения формы, стабильности выходных сигналов, возможность добавления функции программного управления амплитудой выходных сигналов.

Рис. 5. Генератор вибраций Сорокина Михаила

В работе Станислава Куприянова (ФМЛ № 1580) рассказывается о такой перспективной области науки, как молекулярная нанотехнология. Представлены результаты поискового исследования в области нанотехнологии, указаны области применения, и, наконец, рассказано о проблемах, препятствующих развитию практической реализации данного направления в науке.

В работе Александра Контарева рассмотрены проблемы охлаждения различных микропроцессорных систем, а также жёсткого диска. Проведено исследование различных температурных режимов в зависимости от выполняемых ЭВМ задач, т.е. поведение отдельных элементов (по уровню выделяемого тепла) в различных режимах: чтение/запись на диск, работы с офисными программами, игры (Counter Strike и т.д.), как тест графики. В качестве системы управления температурными режимами разработана модификация комплекса MX-D2.

Работа Трянина Павла посвящена разработки модификации схемы электронного замка.

Работа Дьячкова Юрия посвящена исследованию вопросов эргодизайнерского проектирования корпусов вычислительных систем. В просторечии это направление в конструкторском проектировании получило название - моддинг. Моддинг - это искусство изменять, украшать и улучшать корпуса компьютеров. Моддинг появился из-за того, что корпуса и компьютеры перестали быть чем-то недосягаемым. Моддинг - создание эксклюзивного корпуса, такого, которого никто еще не делал.

В работе конференции принимали участие не только учащиеся выпускных классов, но и их младшие товарищи. Их работы были отмечены не только традиционными призами, но также и электронными сборочными комплектами, предоставленными фирмой «Мастеркит».

Это лишь беглый обзор ряда работ всего лишь по одной из секций, но уже на его примере можно увидеть, насколько разнообразны и широки вопросы, поднимаемые участниками в своих работах.

Кто же участвует в конференции, и откуда берутся такие работы? Ведь не секрет, что некоторые из них по своему уровню даже превосходят отдельные курсовые проекты на 3 - 4-х курсах в МГТУ. Давайте попробуем дать ответ на эти вопросы, ведь впереди еще не одна такая конференция и для многих молодых исследователей она может стать поворотной вехой в жизни.

В конференции в основном участвуют те, кто хочет поближе познакомиться с кафедрами МГТУ им. Н.Э.Баумана, направлениями обучения. Стал ты Лауреатом конференции или нет, это не так важно, важно то, чему ты научился, готовя свою работу, защищая ее (т.е. важен сам процесс). Многие работы школьников ничем не уступают курсовым проектам, так что опыт они получают неоценимый. По статистике практически все, кто участвовал в конференции «Шаг в будущее, Москва» по нашей кафедре, через год - два являются исполнителями в различных НИРах и проектах, они работают на кафедре, становятся лауреатами различных стипендий, грантов и т.п.

Главная задача конференции - дать возможность будущему студенту познакомиться поближе с его будущей профессией, сделать осознанный выбор. При многих кафедрах на базе профильных школ созданы школьные научно-исследовательские лаборатории, где школьник в течение нескольких лет имеет возможность общаться со студентами, преподавателями кафедры, при этом растет не только его интеллектуальный потенциал, он получает необходимый опыт и умение ставить перед собой сложные задачи и решать их.

Мы не случайно вынесли в название тезис «Шаг в будущее – этап в эволюции от школьника до радиоинженера», это действительно еще один Шаг на следующую ступеньку профессионального мастерства.

Сама конференция – это защита своего проекта, собственной разработки, когда ты должен доказать комиссии, что выбранная тобой тема актуальна, а предложенные методы решения задач эффективны и экономичны.

В состав жюри каждой секции входят как известные профессора университета, руководители школьных творческих мастерских, так и сами студенты, победители конференций прошлых лет.

Как не удивительно, наиболее острые вопросы на защите задают именно студенты, они подходят к оценке каждой из работ с максималистских позиций, стараясь добраться до сути проблемы и оценить не только представление работы, но и ее суть. Не зря самым почетным считается получить на программно-компьютерном салоне приз студенческих симпатий, наверное, самую высшую оценку конференции.

Интересны и мнения самих студентов, участников конференции:

«Насчет выбора кафедры. Я на выбранной кафедре уже год тусуюсь, практически ежедневно езжу - мне нравится. Видно, что здесь люди делом занимаются. Вообще-то, я с класса девятого хотел с железками возиться. Как всякий нормальный пацан: играл в конструктор, а потом, когда появился комп - стал играть в него, но не в игры, а в его изучение, особенно на железном уровне. Что я хочу сказать, так это то, что, программерским дисциплинам на довольно хорошем уровне научится можно и самому: будет голова - разберешься. Бери книжку, пробуй писать, советуйся с умными людьми на конферюгах и т.п., а вот железу самостоятельно научиться очень сложно, на хорошем уровне практически невозможно. Поэтому я и выбрал «железную кафедру».

Немного моих размышлений о принципах обучения в Бауманке:

«На любой из кафедр очень много возможностей для самореализации, куча интересных и перспективных проектов по различным технологиям, просто до всего руки не доходят. По большому счету поступать можно практически на любую кафедру, потому что главное не то, что читают, главное то, как это понимают, главное действие, практика, желание, интерес.

Можно поступить на "модную" кафедру, а интереса и желания к изучению материала не иметь. Всякая там "халява" - это все глупости. Надо учиться преодолевать трудности, бороться и закалять свой характер. Если сказать немного отвлеченно, то все равно, что ты там учил, главное как ты это делал. Если все пролетало сквозь уши - то результата не будет как на "модной" кафедре, так и на "древней".

В жизни нельзя добиться максимума, поэтому выгадывать, что там будет, значит, выгоднее, какие там, понимаешь, перспективы, может здесь шансов чуть побольше и т.д. и т.п. бессмысленно. Это только отвлекает от реальных дел, утомляет, приводит к упадку сил и нервному истощению.

Помимо простой информированности и хорошей усвояемости программы нужен еще "житейский ум". И это, наверное, самое главное. Если у человека по жизни с головой все в порядке, он найдет себе применение, особенно, если закончил Бауманку, потому что здесь правильно ставят мозги».

На неофициальном сайте МГТУ им. Н.Э.Баумана (http://www.mstu.ru) можно найти много высказываний и обсуждений, связанных с проведением конференции, как и любой творческий процесс, он не лишен недостатков, но если недостатки известны – это уже не недостатки, а техническое задание на программу для их устранения.

Главный вывод, который можно сделать - что такая научно-исследовательская конференция очень важна и нужна, принимать участие в таких конкурсах весьма полезно, для тех, кто готовится по «полной программе», это большой плюс, однозначно.

Второй вопрос - а с чего все начинается, где тот школьник, который станет совсем скоро лауреатом конференции, начинает свой путь к будущей профессии.

Если задуматься, то все начиналось с кружка по месту жительства, с лицейских творческих научных лабораторий. А также с конкурсов, которые проходят, например, в лицеях №№ 1580, 1533, 1524 и др.

К сожалению, ситуация с развитием детского радиотехнического творчества в Москве хорошо известна. По сравнению с 80-ми годами, когда число радиокружков при домах технического творчества, школах, предприятиях и институтах исчислялось десятками, их количество существенно сократилось и, на сегодня, не превышает десяти по всей Москве.

Проблема тут даже не в недостаточном финансировании, сколько в отсутствии энтузиастов и условий для их плодотворной работы. В последние годы ситуация начинает немного меняться. Не только школы, и техникумы возобновляют деятельность студий технического творчества, но и ряд предприятий начинает активно проявлять интерес к формированию и подготовке инженерных кадров еще со школьной скамьи.

Тут стоит отметить деятельность предприятий корпорации «АФК Система» по развитию и поддержке детского технического творчества в профильных школах Москвы и Зеленограда, программу, проводимую фирмой «МАСТЕРКИТ» по поддержке учебных заведений в области радиотехнического творчества.

Радиотехнические и системотехнические кафедры МГТУ им. Н.Э. Баумана также заинтересованы в становлении и развитии радиокружков, центров технического творчества и готовы оказывать всемерное содействие.

Приглашаем всех заинтересованных лиц к взаимовыгодному сотрудничеству по подготовке высокоэрудированных, талантливых инженерных кадров, готовы поддержать любые инициативы от руководителей радиокружков, энтузиастов и просто заинтересованных и увлекающихся радиоделом школьников.

Подробную информацию о проводимых нами научно-технических программах вы можете получить на наших информационных ресурсах в сети интернет: http://iu4.bmstu.ru.

В заключение хотелось бы привести слова профессора кафедры ИУ-4 МГТУ им. Н.Э. Баумана, заслуженного мастера спорта, заслуженного тренера СССР по альпинизму, одного из покорителей Эвереста Э.В.Мысловского: «…ставить в жизни цели и их достигать - в профессии, в альпинизме, да где угодно! Цель - не преходящую, легкую, а трудную, большую - и к ней идти, продумав все ступени и шаги, которые необходимо преодолеть. Большая цель определяет жизнь…».