ST助力構建賽-課-證一體化嵌入式應用人才培養(yǎng)生態(tài)圈——獲獎作品回顧及2023年嵌入式大賽學習資源分享

近日，第六屆（2023）全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計競賽應用賽道啟動報名，大賽連續(xù)3年入選全國普通高校大學生競賽目錄。大賽自2014創(chuàng)辦以來，意法半導體（ST）一直作為主要的協(xié)辦廠商參與其中，STM32產品及開發(fā)板作為大賽使用率最高的開發(fā)平臺，也受到來自國內外高校電子電氣類相關專業(yè)同學及高職高專學校學生的廣泛推崇。我們意識到，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，建立聯(lián)合實驗室，實施嵌入式人才培養(yǎng)計劃，甚至舉辦教育聯(lián)盟會議及校內比賽，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師生能夠更好地利用我們的技術。全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計大賽只是其中的一個例子。因此，我們認為，很有必要重點介紹一下在全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計競賽上出現的精彩解決方案，以及它們是如何讓世界變得更美好。

讓我們先一起回顧2022年全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計競賽的三個使用了STM32微控制器作為主控的獲獎作品（排名不分先后）2022

作品一：智能負壓傷口治療儀

南京信息工程大學田澄睿、顧浚哲、馬尚清團隊的參賽作品是智能負壓傷口治療儀。在與醫(yī)療機構溝通后，團隊指導莊建軍教授決定，有必要開發(fā)一個這樣的創(chuàng)新產品。潰瘍、燒傷和損傷往往很難治療，最簡單的負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，抑制細菌生長，達到控制感染風險的目的。這個三人團隊從零開始，花了三個月的時間開發(fā)產品。一名成員專門開發(fā)3D打印，一名成員編寫微控制器代碼，另外一名成員負責設計電路。

整個系統(tǒng)運行在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、氣壓計和濕度計等傳感器數據，為醫(yī)護人員提供重要信息，并確保壓力穩(wěn)定性更高。正如一名學生所說，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)項目。他們還發(fā)現，ST MCU提供充足的存儲容量和所需的外圍設備，能夠在MCU上運行所有模塊，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和電腦應用程序。

該團隊指導莊教授將帶領以后的班級繼續(xù)做這個項目。由于該產品的醫(yī)療性質，想要量產這個產品需要取得多個監(jiān)管部門的審批。不管怎樣，學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和PC應用程序的負壓傷口治療機器的可行性，降低了在非醫(yī)院環(huán)境中使用負壓傷口治療機器的難度。

作品二：嵌入熱成像與手勢識別的工業(yè)巡檢頭盔

安徽大學的吳不韋、王鈞毅和肖鵬亮團隊開發(fā)的工業(yè)檢測頭盔是一個很好的采用嵌入式系統(tǒng)實現計算機視覺的例子。這個頭盔由攝像頭和顯示器兩個模塊組成，攝像頭拍攝物體圖像并發(fā)送到機器學習算法板上進行識別，最后將識別結果顯示在屏幕上。更具體地說，該應用可以跟蹤識別拳頭、OK和對鉤三種手勢，還能跟蹤檢測電機，把電機從機架內挑選出來，檢測電機溫度。因為有手勢檢測功能，該應用為檢測更復雜的物體和開發(fā)新型人機交互打開了大門。

這是三個作品中唯一的主攻機器學習的參賽作品。該團隊預先拍攝了400多張照片，并給照片分類加標簽。然后，學生們用YOLO訓練神經網絡，用STM32Cube.AI將模型轉換為MCU代碼。這個軟件使他們能夠用輕量級工具開發(fā)可以在STM32H750 ART-PI開發(fā)板上高效運行的識別準確的機器學習應用程序。事實上，在項目初期，模型推理速度是4FPS，通過優(yōu)化神經網絡和代碼，結合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最大功率點跟蹤控制器

南華大學的王浩、袁克凱和韓奈澤的參賽作品是一個最大功率點跟蹤控制器。顧名思義，控制器通過跟蹤光伏轉換器的電壓和電流來確定最大輸出功率。能夠判定轉換器何時達到峰值功率有助于調整開關操作，減少功率損耗。事實上，太陽能發(fā)電的功率波動取決于一天中的時間點或其他因素。MPPT跟蹤在假設點可以提取的最大功率，并調整脈寬調制器和直流轉換器，以提高整體能效。因此，MPPT必須準確快速才能保證工作效果良好。

該大學的參賽作品之所以獲得一等獎，是因為它專注MPPT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%。該設計使用STM32H743運行控制算法，并利用其高分辨率定時器和復雜波形生成器來調整脈寬調制器等元件。簡單地說，這個設計使大學生能夠從數字系統(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，這在運行算法時至關重要。學生們還使用MCU的看門狗來應對環(huán)境危害并提高整體穩(wěn)定性。

看了以上三個2022年參賽作品的介紹，您是不是已經迫不及待地想要參加今年的全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計競賽？今年的大賽，意法半導體匯集公司多種資源，為參賽同學準備了涉及ST公司的14個產品線31款不同型號共2500余塊開發(fā)板，并在生態(tài)資源、設計資源等方面提供相應的技術支持。

零基礎的同學也不用擔心，ST提供了多個保姆級的在線課程，手把手系統(tǒng)教學，讓同學們學習理論和實踐知識，更順利開啟比賽歷程。課程鏈接如下：（排名不分先后，同學們可以根據自己的參賽內容自行選擇）

1. 《微機原理與嵌入式系統(tǒng)》 挑戰(zhàn)性學習課程，電子科技大學，漆強

2. STM32原理與創(chuàng)新設計， 大連理工大學，李勝銘

3. 微處理器系統(tǒng)原理、應用與開發(fā)，西安電子科技大學，陳彥輝

4. RTOS基礎與安全編程，南京理工大學，孫冬梅

5. 嵌入式通信， 西安電子科技大學，康槿

同時，為激勵廣大參賽學生深入學習并使用ST最新產品，在大賽官方獎勵外，特設以下企業(yè)獎勵：

● 基于ST選題、入圍全國總決賽的參賽成員，將免費獲得價值 500 元的嵌入式系統(tǒng)設計工程師能力認證考試名額（免實踐題考核），即通過客觀題考試后，將可獲得中國電子學會頒發(fā)的初級認證證書；

● 獲全國決賽一等獎的優(yōu)秀作品將有機會獲得 ST 官方媒體平臺宣傳，及受邀參加STM32 峰會展示作品；

● 獲企業(yè)獎的參賽隊，將獲得 ST 額外獎勵價值 1000 元的開發(fā)板。

歡迎大家進入全國大學生嵌入式芯片與系統(tǒng)設計競賽技術交流社區(qū)進行問題探討及技術交流，可獲得ST官方技術支持。預祝各位同學在大賽中斬獲佳績。PS: 選題指南已發(fā)布在大賽官網及STMCU中文官網