高校电子设计竞赛项目计划书

高校电子设计竞赛项目计划书一、项目背景与意义随着物联网、人工智能与嵌入式系统技术的快速发展，电子设计在智能家居、工业自动化、医疗健康等领域的应用日益广泛。全国大学生电子设计竞赛作为高校工程实践能力培养的重要平台，不仅考验团队的创新思维与技术整合能力，更要求作品具备实际应用价值与工程可行性。本项目聚焦于基于边缘计算的智能环境监测系统，旨在解决传统环境监测系统实时性不足、数据处理依赖云端导致的延迟与隐私风险，通过融合传感器技术、嵌入式开发与边缘计算算法，打造一套低功耗、高可靠、本地化决策的智能监测系统，为校园、家庭等场景的环境管理提供技术参考，同时提升团队成员的工程实践与创新协作能力。二、项目目标（一）功能目标1.实现温湿度、PM2.5、甲醛、光照等环境参数的实时采集，采样频率不低于10Hz，测量精度达到±5%RH（湿度）、±0.5℃（温度）；2.搭载边缘计算模块，在设备端完成数据预处理（如异常值过滤、趋势分析）与本地决策（如根据环境参数自动控制通风、照明设备），响应延迟≤50ms；3.支持蓝牙/WiFi无线通信，实现与手机APP或云端平台的数据交互，支持远程监控与参数配置；4.具备低功耗设计，电池供电模式下连续工作时长≥7天，或市电供电模式下功耗≤5W。（二）竞赛目标在本次电子设计竞赛中，通过作品的创新性、实用性与工程完整性，力争获得省级一等奖及以上成绩，并以此为契机，沉淀技术成果，为后续科研或创业项目奠定基础。三、团队组成与分工成员姓名专业方向职责分工----------------------------------------------------张三电子信息硬件系统设计（电路原理图、PCB绘制、硬件调试）李四计算机科学软件算法开发（嵌入式程序、边缘计算算法、APP开发）王五自动化系统集成与测试（传感器标定、功能验证、性能优化）赵六通信工程文档撰写与项目管理（需求分析、技术文档、进度跟踪）团队采用“每日站会+周复盘”机制，同步进展、解决问题，确保分工协作高效衔接。四、技术方案（一）系统架构本系统采用“感知层-边缘计算层-应用层”三层架构：感知层：由多传感器模组（SHT30温湿度传感器、GP2Y1010粉尘传感器、ZE08甲醛传感器）组成，负责环境参数采集；边缘计算层：以STM32H743为核心，搭载FreeRTOS实时操作系统，运行数据预处理算法（滑动窗口滤波、LSTM异常检测）与本地决策逻辑（模糊PID控制算法）；应用层：通过ESP8266（WiFi）或nRF____（蓝牙）实现无线通信，手机端APP采用Flutter开发，支持数据可视化与远程控制；云端平台基于ThingsBoard，实现多设备管理与大数据分析。（二）硬件设计1.电源模块：采用锂电池（3.7V）+升压/降压电路，实现5V、3.3V、1.8V多电压输出，低功耗模式下通过STM32的STOP模式降低待机电流至≤10μA；2.传感器接口：设计标准化I2C/SPI/UART接口，支持传感器热插拔与扩展，预留2路备用接口；3.通信模块：WiFi与蓝牙双模设计，通过STM32的USART接口与无线模块通信，支持AP配网与蓝牙快速配对；4.PCB设计：采用4层板（信号层、电源层、地层），关键信号做阻抗匹配与隔离，降低电磁干扰。（三）软件开发1.嵌入式程序：基于STM32CubeIDE开发，采用FreeRTOS任务调度，分为传感器采集（100ms周期任务）、数据处理（事件触发任务）、通信（队列任务）三个核心任务，任务间通过消息队列与信号量同步；2.边缘算法：数据预处理采用滑动窗口滤波去除随机噪声，异常检测基于LSTM模型（TensorFlowLiteforMicrocontrollers部署），本地决策采用模糊PID算法，动态调整控制策略；3.APP开发：Flutter框架开发跨平台APP，实现实时数据曲线、设备状态监控、参数配置、历史数据查询功能；4.云端平台：ThingsBoard平台配置设备影子与规则链，实现数据存储、可视化仪表盘、报警推送（邮件/短信）。五、进度安排阶段时间节点核心任务---------------------------------------------------------------------------------------------------------需求分析与方案设计第1-2周调研同类产品，明确技术指标；完成系统架构设计、硬件选型、算法方案论证；输出《需求规格说明书》《技术方案白皮书》硬件设计与制作第3-5周绘制电路原理图、PCB版图；采购元器件，完成硬件焊接与初调；解决电源干扰、传感器兼容性等问题软件开发与调试第6-8周完成嵌入式程序框架开发，调试传感器驱动；开发边缘算法并移植到MCU；完成APP与云端联调系统集成与测试第9-10周硬件软件集成，进行功能测试（传感器精度标定、响应时间测试）、性能测试（功耗、稳定性）；优化系统短板优化与文档整理第11-12周根据测试结果优化硬件（如PCB改版）、软件（算法参数调整）；撰写竞赛报告、制作演示视频；完成作品答辩预演六、预算规划支出项预算范围说明----------------------------------------------------------------------------------------------------硬件采购约[X]元传感器、MCU、无线模块、锂电池、PCB板材等核心元器件采购工具耗材约[X]元示波器探头、焊锡丝、热缩管、打印纸等；3D打印外壳（如需要）PCB打样约[X]元4层板打样（2次以内，含加急费）外协费用约[X]元如委托PCB焊接、3D打印服务（可选）其他约[X]元交通、打印、答辩材料制作等总预算：约[X]元（根据实际采购需求动态调整，建议控制在学校竞赛经费支持范围内，或通过企业赞助补充）。七、风险评估与应对（一）技术风险风险：边缘算法复杂度高，MCU算力不足导致实时性下降；应对：提前在PC端验证算法（TensorFlow训练LSTM模型，量化后移植到MCU）；采用STM32的DSP指令集、FPU单元优化计算效率。（二）时间风险风险：硬件调试周期超出预期（如PCB短路、传感器不兼容）；应对：预留1周缓冲时间；采用模块化设计，先验证核心模块（传感器+MCU最小系统），再逐步扩展功能。（三）资源风险风险：关键元器件缺货（如STM32芯片、传感器模组）；应对：提前2周采购，备选国产替代方案（GD32替代STM32，国产传感器替代进口）；与供应商协商加急发货。八、预期成果1.竞赛成果：完成具备创新性与实用性的电子设计作品，在竞赛中展示系统功能、技术方案与工程文档，力争获得优异成绩；2.技术成果：输出《系统设计手册》（含硬件原理图、PCB版图、软件源代码、算法文档）、《测试报告》（含性能指标、兼容性测试）；申请软件著作权或实用新型专利（如项目具备独创性）；3.能力提升：团队成员掌握嵌入式系统开发、边缘计算算法、无线通信等核心技能，提升工程问题解决与团队协作能力；4.应用价值：作品可推广至校