ST助力构建赛-课-证一体化嵌入式应用人才培养生态圈

近日，第六届（2023）全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛应用赛道启动报名，大赛连续3年入选全国普通高校大学生竞赛目录。大赛自2014创办以来，意法半导体（ST）一直作为主要的协办厂商参与其中，STM32产品及开发板作为大赛使用率最高的开发平台，也受到来自国内外高校电子电气类相关专业同学及高职高专学校学生的广泛推崇。我们意识到，与下一代创新者合作的重要意义，并力争为他们释放全部创新力提供所需工具、专业知识和解决方案。ST还与上百所高等院校合作开发精品课程、师资培训，建立联合实验室，实施嵌入式人才培养计划，甚至举办教育联盟会议及校内比赛，以增加我们与师生的沟通交流，这一切都是为了让中国大学师生能够更好地利用我们的技术。全国大学生嵌入式芯片与系统设计大赛只是其中的一个例子。因此，我们认为，很有必要重点介绍一下在全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛上出现的精彩解决方案，以及它们是如何让世界变得更美好。

让我们先一起回顾2022年全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛的三个使用了STM32微控制器作为主控的获奖作品（排名不分先后）2022

作品一：智能负压伤口治疗仪

南京信息工程大学田澄睿、顾浚哲、马尚清团队的参赛作品是智能负压伤口治疗仪。在与医疗机构沟通后，团队指导庄建军教授决定，有必要开发一个这样的创新产品。溃疡、烧伤和损伤往往很难治疗，最简单的负压伤口治疗仪使用真空泵抽吸溃疡、烧伤或损伤周围的空气，收紧伤口边缘，加快愈合，抑制细菌生长，达到控制感染风险的目的。这个三人团队从零开始，花了三个月的时间开发产品。一名成员专门开发3D打印，一名成员编写微控制器代码，另外一名成员负责设计电路。

整个系统运行在STM32L4R5ZI上，包括逻辑、4.3英寸显示屏和用户界面。该程序读取温度计、气压计和湿度计等传感器数据，为医护人员提供重要信息，并确保压力稳定性更高。正如一名学生所说，虽然他们的资源有限，但是ST硬件抽象层、STM32工具生态系统、本地化文档和STM32社区能够让他们更快地开发项目。他们还发现，ST MCU提供充足的存储容量和所需的外围设备，能够在MCU上运行所有模块，并使用ChromART优化用户界面元素的显示效果，甚至还有使捕获的信息可视化的手机和电脑应用程序。

该团队指导庄教授将带领以后的班级继续做这个项目。由于该产品的医疗性质，想要量产这个产品需要取得多个监管部门的审批。不管怎样，学生们完成了一些了不起的事情，证明了开发这种不常见的带有手机和PC应用程序的负压伤口治疗机器的可行性，降低了在非医院环境中使用负压伤口治疗机器的难度。

作品二：嵌入热成像与手势识别的工业巡检头盔

安徽大学的吴不韦、王钧毅和肖鹏亮团队开发的工业检测头盔是一个很好的采用嵌入式系统实现计算机视觉的例子。这个头盔由摄像头和显示器两个模块组成，摄像头拍摄物体图像并发送到机器学习算法板上进行识别，最后将识别结果显示在屏幕上。更具体地说，该应用可以跟踪识别拳头、OK和对钩三种手势，还能跟踪检测电机，把电机从机架内挑选出来，检测电机温度。因为有手势检测功能，该应用为检测更复杂的物体和开发新型人机交互打开了大门。

这是三个作品中唯一的主攻机器学习的参赛作品。该团队预先拍摄了400多张照片，并给照片分类加标签。然后，学生们用YOLO训练神经网络，用STM32Cube.AI将模型转换为MCU代码。这个软件使他们能够用轻量级工具开发可以在STM32H750 ART-PI开发板上高效运行的识别准确的机器学习应用程序。事实上，在项目初期，模型推理速度是4FPS，通过优化神经网络和代码，结合STM32H7的硬件优势，模型推理速度最后提高到了20 FPS。

作品三：光伏发电MPPT最大功率点跟踪控制器

南华大学的王浩、袁克凯和韩奈泽的参赛作品是一个最大功率点跟踪控制器。顾名思义，控制器通过跟踪光伏转换器的电压和电流来确定最大输出功率。能够判定转换器何时达到峰值功率有助于调整开关操作，减少功率损耗。事实上，太阳能发电的功率波动取决于一天中的时间点或其他因素。MPPT跟踪在假设点可以提取的最大功率，并调整脉宽调制器和直流转换器，以提高整体能效。因此，MPPT必须准确快速才能保证工作效果良好。

该大学的参赛作品之所以获得一等奖，是因为它专注MPPT控制器的基本功能，并用微控制器取代传统的模拟控制系统，将发电量提高了45%。该设计使用STM32H743运行控制算法，并利用其高分辨率定时器和复杂波形生成器来调整脉宽调制器等元件。简单地说，这个设计使大学生能够从数字系统的速度、能效和精度受益。例如，MCU的ADC使他们能够快速获得大量样本，这在运行算法时至关重要。学生们还使用MCU的看门狗来应对环境危害并提高整体稳定性。