ST助力構(gòu)建賽-課-證一體化嵌入式應(yīng)用人才培養(yǎng)生態(tài)圈

近日，第六屆（2023）全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計競賽應(yīng)用賽道啟動報名，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，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(xùn)，建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)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(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)計大賽只是其中的一個例子。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(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)險的目的。這個三人團(tuán)隊(duì)從零開始，花了三個月的時間開發(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)計電路。

整個系統(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、氣壓計和濕度計等傳感器數(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)以后的班級繼續(xù)做這個項(xiàng)目。由于該產(chǎn)品的醫(yī)療性質(zhì)，想要量產(chǎn)這個產(chǎn)品需要取得多個監(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)檢測頭盔是一個很好的采用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計算機(jī)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(jī)器學(xué)習(xí)算法板上進(jìn)行識別，最后將識別結(jié)果顯示在屏幕上。更具體地說，該應(yīng)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(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(yùn)行的識別準(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)電的功率波動取決于一天中的時間點(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，是因?yàn)樗鼘Ｗ?/span>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(shè)計使用STM32H743運(yùn)行控制算法，并利用其高分辨率定時器和復(fù)雜波形生成器來調(diào)整脈寬調(diào)制器等元件。簡單地說，這個設(shè)計使大學(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)行算法時至關(guān)重要。學(xué)生們還使用MCU的看門狗來應(yīng)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(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個產(chǎn)品線31款不同型號共2500余塊開發(fā)板，并在生態(tài)資源、設(shè)計資源等方面提供相應(yīng)的技術(shù)支持。 

零基礎(chǔ)的同學(xué)也不用擔(dān)心，ST提供了多個保姆級的在線課程，手把手系統(tǒng)教學(xué)，讓同學(xué)們學(xué)習(xí)理論和實(shí)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(xué)們可以根據(jù)自己的參賽內(nèi)容自行選擇）

1. 《微機(jī)原理與嵌入式系統(tǒng)》 挑戰(zhàn)性學(xué)習(xí)課程，電子科技大學(xué)，漆強(qiáng)

2.  STM32原理與創(chuàng)新設(shè)計， 大連理工大學(xué)，李勝銘

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

4. RTOS基礎(chǔ)與安全編程，南京理工大學(xué)，孫冬梅

5. 嵌入式通信， 西安電子科技大學(xué)，康槿

同時，為激勵廣大參賽學(xué)生深入學(xué)習(xí)并使用ST最新產(chǎn)品，在大賽官方獎勵外，特設(shè)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(fèi)獲得價值 500 元的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計工程師能力認(rèn)證考試名額（免實(shí)踐題考核），即通過客觀題考試后，將可獲得中國電子學(xué)會頒發(fā)的初級認(rèn)證證書；

● 獲全國決賽一等獎的優(yōu)秀作品將有機(jī)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(duì)，將獲得 ST 額外獎勵價值 1000 元的開發(fā)板。

歡迎大家進(jìn)入全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計競賽技術(shù)交流社區(qū)進(jìn)行問題探討及技術(shù)交流，可獲得ST官方技術(shù)支持。預(yù)祝各位同學(xué)在大賽中斬獲佳績。