本报记者 易俊
9月16日，2018年全国大学生物联网设计竞赛（TI杯）全国总决赛在无锡太湖国际博览中心落下帷幕，我校“On the way”团队凭借其设计开发的“轨道交通转辙机物联监测保护系统”，跻身全国十二强，荣获赛事一等奖。谈及这次获奖，参赛队员和指导老师感慨：这是个“泡”出来的一等奖。
“泡”水的“转辙机”
“我们不仅想拿奖，更重要的是要致用，就算没有比赛，也会实施这个项目。”谈起项目设计的初衷，指导老师程辉和邓宏涛的想法是一致的。
2018年初，设在数计学院的江大软件技术产学研基地的师生们在对外交流时，了解到一个情况——转辙机受机坑积水浸泡容易损坏。对轨道交通来说，转辙机是自动切换铁轨岔口的关键设备，如果出现故障会直接影响行车安全。按照目前的施工方式，转辙机一般是安装在轨道平面下的机坑里，由于机坑地势低容易积水，情况严重时就会浸泡转辙机。现在常规的解决方案是以“人工巡检”的方式进行排查，这一方案工作量大，人力成本高，而且对于巡检人员有一定的劳动安全风险。
如何才能更好解决转辙机浸水的问题呢？当时参与对外交流的产学研基地机器人爱好者协会的龚鸣、常子远等同学对此产生了浓厚的兴趣。回到学校后，在程辉、邓宏涛等老师的指导支持下，龚鸣、常子远与学弟熊子亿、闵忠滨成立了“On the way”团队，决心攻克难关。
团队成员们在此后的1个多月里，查阅了大量资料，搜集比对了现有的类似解决方案，提出了对转辙机进行技术改造，增强其防水特性的想法。然而，设想却被指导老师否定了。因为转辙机是国家既有信号系统的一部分，必须通过严格的国家认证才可使用，绝对不允许对其做任何改装。而且转辙机本身技术成熟，原理又复杂，相关实验器材配件价格高昂，远超团队的承受能力。 现实远比同学们预期的要困难得多，刚迈出第一步就遇到了一盆当头浇下的冷水。
关键时刻，龚鸣陡然灵光一现，“咱们江大的校训是立德致用啊，这不就是要我们学以致用吗？一条路走不通，何不换个思路，用自己学的专业知识来解决问题。”团队开始跳出改进转辙机的死胡同，提出采用“自动化水位检测并排水”的方法，设计一个既完全独立于现有信号系统，又能帮助转辙机应对积水环境的“伴侣设备”。这一设想得到了指导老师的认同，终于使项目设计“柳暗花明”。
在老师的指导下，团队尝试设计一款嵌入式原型机。新设备将采用水位传感器测量机坑内的水位，以ARM嵌入式微控制器作为处理核心，根据水位高低开启或停止真空抽水泵，实现水位监测与积水抽排目标。在此基础上，再应用物联网技术“连点成网”，实现数据实时采集、汇总、集中监控。程辉老师还进一步指出，在实现连点成网数据汇集后还应该在“云计算端”运用相关人工智能技术对汇总数据进行分析，得出“渗漏频发点”、“疑似源头”、“季节性渗漏点位—时段风险预报”等实际运营管理决策所需的参考指标，以提升该项目在轨道交通行业内的实际应用水平和价值。
“泡”泥浆的“原型机”
水位传感器和水泵，是样机的关键部件。团队选择了常用的几种传感器安装在原型机上进行测试，都能实现水位测量，自动抽排水实验效果很好。在实验室里，大家热情高涨，都觉得原型机试制成功了。哪知道指导老师邓宏涛到实验室看了一眼样机和同学们做的实验情况，就让他们去楼下花坛挖一大块泥来。邓老师让同学们把泥扔进之前做样机检测时清澈透明的水槽里搅拌充分后，又往里倒了些机油。同学们看着表面漂着油花杂草的泥浆水，倒吸一口气。再次实验的结果当然是失败的，水泵运行还不到一分钟就被泥沙堵死了。邓老师又向水位传感器喷洒盐水雾、泥浆和油滴，静置一周后几种水位传感器全都发生了故障无法使用。成员们意识到，理论正确，实验室验证可行并不意味着实际应用就能成功。防潮湿、抗腐蚀、防泥沙、防杂物油污的问题不解决，系统是无法在实际工程中应用的。
“泡”在现场的团队
为了解决实际运用的问题，团队成员们分成了两组。熊子亿和闵忠滨负责解决防泥沙杂物的问题。他们“泡”在水暖建材市场寻找合适的防水过滤材料，向搞厨卫装修的工人师傅讨教方法。最后决定自己动手，用细不锈钢纱网和PVC下水管制作过滤器。经过反复测试和结构调整，最终制成了过滤效果好、结构简单成本低、清洗方便的过滤器。
常子远和龚鸣则负责寻找适合在恶劣条件下能长时间连续使用的水位传感器。他们“泡”在实验室里上网寻找方案，动手拆解电热水器内的水位传感器，又去汽车维修店找到了油箱液位传感器。经过对比，不锈钢材质的磁感应式汽车用油箱液位传感器最为理想。最后，两个小组将攻关成果集成到一起进行组装，完全解决了之前遇到的问题，达到工程实用化的要求。
然而，困难还没有结束。在测试过程中同学们又发现，当水槽水位达到某些特定高度时，微控制器的内存会在几分钟内被水位数据写满。而按照数据压缩算法估算，内存至少可以保存1周的数据。团队成员反复检查了所有器件和程序，又重点对数据压缩算法进行了单元模拟测试，都找不出原因。后来还是团队成员熊子亿从微控制器内提取出水位数据，经过仔细观察发现了一个规律：这些在几分钟内将微控制器写满的数据，几乎全部都在相邻的2个值之间频繁变动，好像水位传感器的磁性浮子在“上下不停的快速抖动”。对硬件比较熟悉的他查阅了这种磁性传感器的原理资料，找到了问题的原因——磁力浮子恰好处在上下两个相邻磁性触点开关边界区时，浮子磁力不足以让磁性触点开关良好闭合接触发生了“时通时断”现象。接下来的两周时间里，团队的4个同学天天泡在实验室，在老师的指导下学习和尝试不同的数字滤波算法，最终解决了这一问题。
就这样，这套监测保护系统在“发现问题—解决问题”的循环中日趋完善。也正是由于经历过这些波折，当该系统走出实验室进行现场测试验证时，做到了一次性成功并获得认可与好评。
“泡”菜味的实验室
“这套系统全程做下来，工作量真的很大”。团队成员闵忠斌说到：“市场上根本买不到合适的成品过滤器，只能靠我们自己找来各种材料动手试着做，不断地尝试和改进，耗费了团队大量的时间和心血”。而软件方面，需要完成ARM嵌入式微控制器底层软件、Android手机APP控制软件、车站级水情监测软件、物联网信息交互协议栈（软件）四个部分的设计、编码调试、单体测试、集成测试工作。
设备调试、检测、反馈修正，就这三个步骤，熊子义和小伙伴们几乎重复做了一整个暑假。每天早上9点不到，他们就赶到实验室开展实验，一直做到晚上实验室关门。中途一台空调“罢工”了，他们也因为沉浸在实验里没有立刻发觉。
谈起这事儿，今年暑期刚入职就扎进实验室做技术指导的李巍老师仍记忆犹新。“那天我一进实验室，差点给薰出来。那个味儿啊，比老坛酸菜都冲。我赶紧叫停了他们手里正在做的实验，把他们全赶回寝室洗澡换衣服，又把实验室门窗都打开换气。我担心孩子们把自己折腾病了啊。”
几个大男生就这么在实验室里“泡”了一个暑假，最终在全国大赛的舞台上绽放出了耀眼的光芒。遗憾地是，因为赛制报名人数的限制原因，团队核心成员之一的熊子亿无缘登上最高领奖台。对此，他曾一度有些情绪低落，但他依旧在全国大赛的舞台上协助团队其他成员们调试各种仪器。他说：“后来我想通了，我们这个团队是为了共同的兴趣爱好聚在一起的。做这个项目的初衷也不只是为了比赛，而是想用自己所学的知识真正地去解决些实际问题。明年我们会再来，努力实践，学以致用，争取更好的成绩！”
