近日,第六屆(2023)全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽應(yīng)用賽道啟動(dòng)報(bào)名,大賽連續(xù)3年入選全國普通高校大學(xué)生競賽目錄。大賽自2014創(chuàng)辦以來,意法半導(dǎo)體(ST)一直作為主要的協(xié)辦廠商參與其中,STM32產(chǎn)品及開發(fā)板作為大賽使用率最高的開發(fā)平臺(tái),也受到來自國內(nèi)外高校電子電氣類相關(guān)專業(yè)同學(xué)及高職高專學(xué)校學(xué)生的廣泛推崇。我們意識(shí)到,與下一代創(chuàng)新者合作的重要意義,并力爭為他們釋放全部創(chuàng)新力提供所需工具、專業(yè)知識(shí)和解決方案。ST還與上百所高等院校合作開發(fā)精品課程、師資培訓(xùn),建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,實(shí)施嵌入式人才培養(yǎng)計(jì)劃,甚至舉辦教育聯(lián)盟會(huì)議及校內(nèi)比賽,以增加我們與師生的溝通交流,這一切都是為了讓中國大學(xué)師生能夠更好地利用我們的技術(shù)。全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽只是其中的一個(gè)例子。因此,我們認(rèn)為,很有必要重點(diǎn)介紹一下在全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽上出現(xiàn)的精彩解決方案,以及它們是如何讓世界變得更美好。
讓我們先一起回顧2022年全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽的三個(gè)使用了STM32微控制器作為主控的獲獎(jiǎng)作品(排名不分先后)2022
作品一:智能負(fù)壓傷口治療儀
南京信息工程大學(xué)田澄睿、顧浚哲、馬尚清團(tuán)隊(duì)的參賽作品是智能負(fù)壓傷口治療儀。在與醫(yī)療機(jī)構(gòu)溝通后,團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)莊建軍教授決定,有必要開發(fā)一個(gè)這樣的創(chuàng)新產(chǎn)品。潰瘍、燒傷和損傷往往很難治療,最簡單的負(fù)壓傷口治療儀使用真空泵抽吸潰瘍、燒傷或損傷周圍的空氣,收緊傷口邊緣,加快愈合,抑制細(xì)菌生長,達(dá)到控制感染風(fēng)險(xiǎn)的目的。這個(gè)三人團(tuán)隊(duì)從零開始,花了三個(gè)月的時(shí)間開發(fā)產(chǎn)品。一名成員專門開發(fā)3D打印,一名成員編寫微控制器代碼,另外一名成員負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)電路。
整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在STM32L4R5ZI上,包括邏輯、4.3英寸顯示屏和用戶界面。該程序讀取溫度計(jì)、氣壓計(jì)和濕度計(jì)等傳感器數(shù)據(jù),為醫(yī)護(hù)人員提供重要信息,并確保壓力穩(wěn)定性更高。正如一名學(xué)生所說,雖然他們的資源有限,但是ST硬件抽象層、STM32工具生態(tài)系統(tǒng)、本地化文檔和STM32社區(qū)能夠讓他們更快地開發(fā)項(xiàng)目。他們還發(fā)現(xiàn),ST MCU提供充足的存儲(chǔ)容量和所需的外圍設(shè)備,能夠在MCU上運(yùn)行所有模塊,并使用ChromART優(yōu)化用戶界面元素的顯示效果,甚至還有使捕獲的信息可視化的手機(jī)和電腦應(yīng)用程序。
該團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)莊教授將帶領(lǐng)以后的班級(jí)繼續(xù)做這個(gè)項(xiàng)目。由于該產(chǎn)品的醫(yī)療性質(zhì),想要量產(chǎn)這個(gè)產(chǎn)品需要取得多個(gè)監(jiān)管部門的審批。不管怎樣,學(xué)生們完成了一些了不起的事情,證明了開發(fā)這種不常見的帶有手機(jī)和PC應(yīng)用程序的負(fù)壓傷口治療機(jī)器的可行性,降低了在非醫(yī)院環(huán)境中使用負(fù)壓傷口治療機(jī)器的難度。
作品二:嵌入熱成像與手勢識(shí)別的工業(yè)巡檢頭盔
安徽大學(xué)的吳不韋、王鈞毅和肖鵬亮團(tuán)隊(duì)開發(fā)的工業(yè)檢測頭盔是一個(gè)很好的采用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺的例子。這個(gè)頭盔由攝像頭和顯示器兩個(gè)模塊組成,攝像頭拍攝物體圖像并發(fā)送到機(jī)器學(xué)習(xí)算法板上進(jìn)行識(shí)別,最后將識(shí)別結(jié)果顯示在屏幕上。更具體地說,該應(yīng)用可以跟蹤識(shí)別拳頭、OK和對(duì)鉤三種手勢,還能跟蹤檢測電機(jī),把電機(jī)從機(jī)架內(nèi)挑選出來,檢測電機(jī)溫度。因?yàn)橛惺謩輽z測功能,該應(yīng)用為檢測更復(fù)雜的物體和開發(fā)新型人機(jī)交互打開了大門。
這是三個(gè)作品中唯一的主攻機(jī)器學(xué)習(xí)的參賽作品。該團(tuán)隊(duì)預(yù)先拍攝了400多張照片,并給照片分類加標(biāo)簽。然后,學(xué)生們用YOLO訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),用STM32Cube.AI將模型轉(zhuǎn)換為MCU代碼。這個(gè)軟件使他們能夠用輕量級(jí)工具開發(fā)可以在STM32H750 ART-PI開發(fā)板上高效運(yùn)行的識(shí)別準(zhǔn)確的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序。事實(shí)上,在項(xiàng)目初期,模型推理速度是4FPS,通過優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和代碼,結(jié)合STM32H7的硬件優(yōu)勢,模型推理速度最后提高到了20 FPS。
作品三:光伏發(fā)電MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤控制器
南華大學(xué)的王浩、袁克凱和韓奈澤的參賽作品是一個(gè)最大功率點(diǎn)跟蹤控制器。顧名思義,控制器通過跟蹤光伏轉(zhuǎn)換器的電壓和電流來確定最大輸出功率。能夠判定轉(zhuǎn)換器何時(shí)達(dá)到峰值功率有助于調(diào)整開關(guān)操作,減少功率損耗。事實(shí)上,太陽能發(fā)電的功率波動(dòng)取決于一天中的時(shí)間點(diǎn)或其他因素。MPPT跟蹤在假設(shè)點(diǎn)可以提取的最大功率,并調(diào)整脈寬調(diào)制器和直流轉(zhuǎn)換器,以提高整體能效。因此,MPPT必須準(zhǔn)確快速才能保證工作效果良好。
該大學(xué)的參賽作品之所以獲得一等獎(jiǎng),是因?yàn)樗鼘WPPT控制器的基本功能,并用微控制器取代傳統(tǒng)的模擬控制系統(tǒng),將發(fā)電量提高了45%。該設(shè)計(jì)使用STM32H743運(yùn)行控制算法,并利用其高分辨率定時(shí)器和復(fù)雜波形生成器來調(diào)整脈寬調(diào)制器等元件。簡單地說,這個(gè)設(shè)計(jì)使大學(xué)生能夠從數(shù)字系統(tǒng)的速度、能效和精度受益。例如,MCU的ADC使他們能夠快速獲得大量樣本,這在運(yùn)行算法時(shí)至關(guān)重要。學(xué)生們還使用MCU的看門狗來應(yīng)對(duì)環(huán)境危害并提高整體穩(wěn)定性。
看了以上三個(gè)2022年參賽作品的介紹,您是不是已經(jīng)迫不及待地想要參加今年的全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽?今年的大賽,意法半導(dǎo)體匯集公司多種資源,為參賽同學(xué)準(zhǔn)備了涉及ST公司的14個(gè)產(chǎn)品線31款不同型號(hào)共2500余塊開發(fā)板,并在生態(tài)資源、設(shè)計(jì)資源等方面提供相應(yīng)的技術(shù)支持。