ST助力構建賽-課-證一體化嵌入式應用人才培養生態(tài)圈

近日，第六屆（2023）全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統設計競賽應用賽道啟動(dòng)報名，大賽連續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(lái)，意法半導體（ST）一直作為主要的協(xié)辦廠(chǎng)商參與其中，STM32產(chǎn)品及開(kāi)發(fā)板作為大賽使用率最高的開(kāi)發(fā)平臺，也受到來(lái)自國內外高校電子電氣類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)同學(xué)及高職高專(zhuān)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(zhuān)業(yè)知識和解決方案。ST還與上百所高等院校合作開(kāi)發(fā)精品課程、師資培訓，建立聯(lián)合實(shí)驗室，實(shí)施嵌入式人才培養計劃，甚至舉辦教育聯(lián)盟會(huì )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(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設計大賽只是其中的一個(gè)例子。因此，我們認為，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(xué)生嵌入式芯片與系統設計競賽的三個(gè)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(xué)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。在與醫療機構溝通后，團隊指導莊建軍教授決定，有必要開(kāi)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(jiǎn)單的負壓傷口治療儀使用真空泵抽吸潰瘍、燒傷或損傷周?chē)目諝?，收緊傷口邊緣，加快愈合，抑制細菌生長(cháng)，達到控制感染風(fēng)險的目的。這個(gè)三人團隊從零開(kāi)始，花了三個(gè)月的時(shí)間開(kāi)發(fā)產(chǎn)品。一名成員專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)3D打印，一名成員編寫(xiě)微控制器代碼，另外一名成員負責設計電路。

整個(gè)系統運行在STM32L4R5ZI上，包括邏輯、4.3英寸顯示屏和用戶(hù)界面。該程序讀取溫度計、氣壓計和濕度計等傳感器數據，為醫護人員提供重要信息，并確保壓力穩定性更高。正如一名學(xué)生所說(shuō)，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、本地化文檔和STM32社區能夠讓他們更快地開(kāi)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(hù)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(lǐng)以后的班級繼續做這個(gè)項目。由于該產(chǎn)品的醫療性質(zhì)，想要量產(chǎn)這個(gè)產(chǎn)品需要取得多個(gè)監管部門(mén)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(kāi)發(fā)這種不常見(jiàn)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(xué)的吳不韋、王鈞毅和肖鵬亮團隊開(kāi)發(fā)的工業(yè)檢測頭盔是一個(gè)很好的采用嵌入式系統實(shí)現計算機視覺(jué)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)送到機器學(xué)習算法板上進(jìn)行識別，最后將識別結果顯示在屏幕上。更具體地說(shuō)，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(lái)，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(kāi)發(fā)新型人機交互打開(kāi)了大門(mén)。

這是三個(gè)作品中唯一的主攻機器學(xué)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(lèi)加標簽。然后，學(xué)生們用YOLO訓練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )，用STM32Cube.AI將模型轉換為MCU代碼。這個(gè)軟件使他們能夠用輕量級工具開(kāi)發(fā)可以在STM32H750 ART-PI開(kāi)發(fā)板上高效運行的識別準確的機器學(xué)習應用程序。事實(shí)上，在項目初期，模型推理速度是4FPS，通過(guò)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )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(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(guò)跟蹤光伏轉換器的電壓和電流來(lái)確定最大輸出功率。能夠判定轉換器何時(shí)達到峰值功率有助于調整開(kāi)關(guān)操作，減少功率損耗。事實(shí)上，太陽(yáng)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跟蹤在假設點(diǎn)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(xué)的參賽作品之所以獲得一等獎，是因為它專(zhuān)注MPPT控制器的基本功能，并用微控制器取代傳統的模擬控制系統，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(shí)器和復雜波形生成器來(lái)調整脈寬調制器等元件。簡(jiǎn)單地說(shuō)，這個(gè)設計使大學(xué)生能夠從數字系統的速度、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(shí)至關(guān)重要。學(xué)生們還使用MCU的看門(mén)狗來(lái)應對環(huán)境危害并提高整體穩定性。

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(xué)準備了涉及ST公司的14個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)31款不同型號共2500余塊開(kāi)發(fā)板，并在生態(tài)資源、設計資源等方面提供相應的技術(shù)支持。 

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

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

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

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

4. RTOS基礎與安全編程，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(shí)，為激勵廣大參賽學(xué)生深入學(xué)習并使用ST最新產(chǎn)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(jià)值 500 元的嵌入式系統設計工程師能力認證考試名額（免實(shí)踐題考核），即通過(guò)客觀(guān)題考試后，將可獲得中國電子學(xué)會(huì )頒發(fā)的初級認證證書(shū)；

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

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

歡迎大家進(jìn)入全國大學(xué)生嵌入式芯片與系統設計競賽技術(shù)交流社區進(jìn)行問(wèn)題探討及技術(shù)交流，可獲得ST官方技術(shù)支持。預祝各位同學(xué)在大賽中斬獲佳績(jì)。