嵌赛归来 | 基于STM32的一等奖嵌赛作品集锦（3）

只看该作者 · 2023-10-12 11:24

本帖最后由 STM新闻官于 2023-10-12 11:28 编辑

【导语】本期是第三篇文章，共展示10个作品，向大家介绍全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛全国总决赛中，基于STM32产品系列的一等奖作品。

本期文章的一等奖作品，包含数字电源、智能控制运动系统、IOT赛题方向。

1
多工况家用并网变换器
参赛方向：数字电源 团队名称：白给不队
本系统属于分布式光伏发电系统，旨在设计一种多工况家用并网变换器，在满足自身负载需求的情况下，将多余的能量并网回电网，并带有 UPS 功能，以提高运行可靠性。多工况家用并网变换器实现并网后，可以利用光伏系统调节公共电网，并为交流负载提供助力, 同时带有储能电池。多工况家用并网变换器的开发建设主要是利用农村、牧区、工业园区，以及城市商业区和公共建筑的闲置屋顶，将太阳能板发出的直流电逆变为交流电，供日常生活使用，并将盈余能量并网回电网，以最大化利用能量。
主要创新点：

四端口变换器工作，可实现能量最大化利用并提高运行可靠性；
加入四象限变流器，可将多余电能输送到电网，又可从电网吸收电能，同时在吸收电能的时候，实现功率因数校正功能，功率因数大于 0.99；
加入 NFC 模块和矩阵键盘，可实现身份识别，并通过键盘对系统参数进行控制调节；
加入中间储能电池，实现 UPS；
加入显示屏，对负载电压、网侧电能输电和取电的情况等参数进行实时显示。

▲ 作品展示

2
数控直流电子负载

参赛方向：数字电源 团队名称：热敏电阻
电子负载是一种消耗电能的设备，主要的作用是对电源进行测试。本作品设计了一款基于 STM32F412RET6 单片机为控制核心的数控直流电子负载，采用数字控制，在参数调节上更为直观，功能丰富、扩充简单，可实现测试的自动化；具备准确检测负载电压，精确调整负载电流，精确测出负载的输出功率等等功能，更为真实的模拟实际工作中电源带载的各种工作情况。数控直流电子负载系统可用于测试和调试各种电源设备，包括直流电源、电池充放电、电力电子器件等应用。
主要创新点：

高精度和高稳定性：可提供精确的负载，确保测试的准确性和可靠性；
宽范围的负载能力：可满足不同电源供应器或设备的负载需求，还能提供可调的负载特性，以适应不同负载条件下的测试和模拟需求；
快速响应和高速调节：能够快速响应输入信号的变化，并具备高速调节功能，使其能够适应快速变化的负载情况；
多种负载模式：载支持多种负载模式，如恒流、恒功率，电池容量测试、设备校准等，以适应不同测试和调试的需求。
多种保护功能：内置多种保护功能，如过载保护、过热保护和过压保护等，以保护被测试设备和负载本身的安全。
显示和数据记录：具有易读的 TFT 显示屏，可实时显示电流、电压、功率和其他参数。

▲ 作品展示

3
两栖智能搜救四轴飞行器

参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：天行者们
本作品是一款两栖智能搜救四轴飞行器，基于 STM32H7微控制器开发，控制板核心具有数据读取分析、姿态解算、输出控制以及视觉识别等功能；通过 PID 控制系统，提高两栖四轴飞行器控制系统的稳定性和控制精度；基于原有四旋翼四轴飞行器增加被动轮的结构，共用四轴飞行器四个旋翼的动力实现陆空两栖，并且增加光流传感器实现四轴飞行器定高定点，在地面上同样通过传感器实现了稳定以及全向运动, 使四轴飞行器具备陆地和空中双重能力，可在各种复杂的灾害环境下都能发挥作用；通过摄像头和图传系统，能够远程传输实时图像至搭载 STM32H7 处理器的设备上，通过基于 MobileNetV2 目标检测技术在 STM32H7 通过边缘计算进行人体检测，从而提供辅助搜救的支持，模型可识别到可能的被困人员，为救援人员的救援计划提供依据，提高搜救工作的效率和准确性。
主要创新点：

基于双轮的自适应结构设计：采用了轻量化被动轮结构设计，迭代优化轮系并且实现较好应力分配，并且通过算法实现四旋翼空地一体化控制，实现四轴飞行器和小车的无缝切换。并且在陆地模式具备一定的越障能力，运行过程中根据多传感器信号实现模式转换控制；
采用光流传感器实现四轴飞行器位置信号处理反馈，并且妙应用在四轴飞行器的陆地模式，实现光流传感器对于地面控制从而有精确地面控制以及空中的定高定点；
基于 STM32H7 的边缘计算能力，计算机视觉辅助搜救：依靠 STM32H7 基于 C 整型神经网络识别人体，能够设备上进行实时的边缘计算，而不需要依赖云端；有效减少延迟，提高实时性，同时适应灾后网络信号中断的恶劣环境，增强可靠性；识别精度在 90%以上，实时显示推测的置信度来弥补精度，提供精确的搜救服务，提高搜救的准确性和效率；
陆空两栖能力，适应地形复杂的灾后搜救场景：这款四轴飞行器携带双轮，在陆地依靠飞控就保持平衡能实现向前向后转弯等，增强了在复杂的地形和环境中的适应性。

▲ 作品展示

4
面向二次事故预警的物联网自动部署三角架设计

参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：BlueSpace
本作品是一款基于物联网技术的智能三角架自动部署系统，具备自动部署、碰撞检测、人机交互和数据上云功能，旨在解决交通事故中应急三角架部署存在的危险性以及减少交通事故次生事故风险的问题。本系统采用模块化设计，自动释放装置、低功耗唤醒装置、及智能三角架主体系统之间相对独立；使用 RT-thread 操作系统，实现多线程操作；三角架主体系统利用编码器反馈以及 IMU 融合实现对电机的精确控制；通过Cat.1 模组实现云平台的数据上传与下载，便于数据分析和监测，提升系统的智能化水平和远程管理能力；高效的人机交互界面（微信小程序、LCD 触控屏）实现简便直观的操作方式，提升用户体验和操作便利性；同时自主设计的折叠机构和紧凑型设计以及一体 3D 打印的外壳，提升便携性的同时提升产品的强度。可应用于交通事故处理现场，提高事故处理的效率和安全性，降低交通事故的次生风险。
主要创新点：

自动释放装置：通过车载电源（7.4V）供电的自动释放装置使用 STM32F4 为主控，集成有继电器、电磁铁、碰撞检测传感器、外置按键、状态指示灯、舵机以及滑轮铰链灯装置；
低功耗自动唤醒装置：独立供电的低功耗自动唤醒装置，集成主控 STM32F4、继电器、微动开关、以及充放电一体电源模块；平时处于待机状态，当自动释放装置被激活后，智能三角架由低功耗状态进入工作状态；
易操作与易收纳：通过高效的人机交互界面，如微信小程序或 LCD 触控屏，实现简便直观的操作方式；自主设计的折叠机构和紧凑型设计，便于携带和储存；
云功能与微信小程序：通过Cat.1 模组与华为云平台连接，实现数据的实时上报和远程控制；
环境适应性（雨天、雾天、黑天）：采用一定程度的防水设计并且折叠三角架采用红色反射面效果，提高了应急三角架的可见性和安全性。

▲ 作品展示

5
基于麦克纳姆轮的全方向物流分拣运输系统

参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：嵌入式小小分队
本作品是一款兼顾自动识别物流、自动规划路径、人机交互、多方位传送带等功能的物流自动识别系统，可解决物流自动分拣中自动识别弱和物流处理速度能力差的问题。系统采用STM32H7，融合了基于机器视觉的货物识别功能、麦克纳姆轮式传送带结构，实现了电机的精准控制，并配有人机交互界面方便操作。
主要创新点：

模块化：传送带装置是由多个子模块组成，多个子模块可以构成一个大模块，无论是组装，拆卸，维修都很方便；
全向运输：可以全方向运输，打破传统传送带只能单向运输的缺点；
触摸屏：通过触摸屏控制货物运输的方向，位置，可以人工规定货物运输的地点，方向；
多模式选择：可以人工切换手动模式和自动模式，自动识别和人为规定。

▲ 作品展示

只看该作者 · 2023-10-12 13:36

本帖最后由 STM新闻官于 2023-10-12 13:41 编辑

6
库里训练机（基于 UWB 精准定位的篮球训练器）
参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：努力干饭
本作品是一款篮球训练机，可优化篮球训练过程，提高篮球运动员的训练效率；能够自动回收篮球，并快速将篮球传递回队员手中，以实现快速回合训练。可应用于学校篮球体育课，篮球运动员系统投篮训练等等。主控芯片采用 STM32G474RET6，具备智能发球功能、UWB 定位、个性化训练方案的智能控制三大功能。
主要创新点：

使用触摸屏进行人机交互，方便简洁；
创新性使用 UWB 定位系统对投篮者位置进行精确定位的效果；
使用回转支承搭配步进电机进行多方位多角度篮球发射，稳定可靠；
通过 PWM 信号控制直流电机转速自动控制发球射程，满足不同距离的接球需求；
采用自制直流电机驱动板，降低功耗和直流电机损耗。

▲ 作品展示

7
倾转旋翼四轴飞行器

参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：凌异常

本作品是一款三轴倾转旋翼四轴飞行器，结合了多旋翼四轴飞行器和固定翼四轴飞行器的优势，拥有高速巡航、强大的搭载能力、灵活的立体飞行能力、垂直起降和低速悬停等多种功能。可应用于海上搜救、隧道巡检、公安执法、测绘、监测、救援、农业和航拍等多种特殊场合，适应更加复杂的飞行环境。

主要创新点：

倾转旋翼机构：可实现飞行器在垂直起降和水平飞行时的无缝转换，拥有更大的机动性和航程，同时在水平飞行时也可获得较高的飞行效率；
多旋翼布局：与传统的单旋翼四轴飞行器相比，采用多旋翼布局，具有更好的操控性和机动性；
传感器融合技术：能够有效地获取环境信息，提高飞行控制精度和稳定性；
智能化控制：可实现自主学习和决策，提高任务执行效率和成功率；具有较高的自主控制能力，可实现自主起降、航线规划、避障等功能，适用于复杂环境下的任务；
复合材料、先进制造工艺和精密加工技术，重量轻、刚度高、可靠性好，大大提升了系统的性能和使用寿命。
先进的自主飞行控制技术，包括模型预测控制、自适应控制、神经网络控制等，可以实现更高精度、更灵活的飞行任务。

▲ 作品展示

8
四轴飞行器电池自动更换系统

参赛方向：智能控制运动系统 团队名称：飞出太阳系
本系统可实现对返航的低电量四轴飞行器进行电池更换，更换电池后的四轴飞行器能够立即起飞，使其能够长时间不间断作业，节省了停飞充电所需的时间、人力；系统采用了更简单的四轴飞行器结构，降低四轴飞行器的成本，使其简单可靠、经济实用。
主要创新点：

自动化更换电池系统：自主控制更换电池的工作模式；无需充电，无需人力，以空间换时间提高持续飞行作业效率；
基于单目视觉二维码的自校准及飞控联动技术：通过 Open MV 的 April Tags 图像定位更换站，无需依托高算力，在较低的成本及较高的可靠性下实现四轴飞行器自动停泊入站，在停泊入站的过程中四轴飞行器飞控系统与二维码自校准数据联动工作实现四轴飞行器稳定的自主停泊入站；
基于 STM32F407 芯片的四轴飞行器飞控系统：创造性地提出动态 PID 参数算法，在不增加运算量的前提下，有效地提高四轴飞行器的稳定性与机动性；
四轴飞行器自动换电站机械结构：自主设计了一套包括换电站和四轴飞行器电池仓的机械结构，整个换电池装置简约高效，成本低廉，可在 60 秒内完成换电池操作。

▲ 作品展示

9
基于FMCW的免拆封智慧检测与云端成像系统（智慧工业）

参赛方向：IOT 团队名称：洞察秋毫
本项目是基于FMCW技术和IoT的基础上的⼀套免接触式智慧云端成像系统，可满足工业应用中免拆封的检测需求。此系统能通过FMCW调频连续波技术，对箱子内的待测物体进行快速扫描，并实时将数据上传到云端进行成像，之后结合AI训练，对物体缺陷和形状进行大致分类，并将最终的2D和3D结果在APP上呈现出来。项目实现了APP远程控制、智能识别、状态读取等功能，并引用Mysql数据库，方便企业用户针对数据的后续管理。可应用于快递免拆封及特定工业产品进⾏成品缺陷检测。
主要创新点：

采用FMCW技术，通过将毫米波雷达与STM32相结合，实现了结构简单鲁棒、低成本、低生物辐射危害且能探测深度信息的3D扫描机制，以及较为准确的AI缺陷和形状识别结果；
自研针对FMCW技术的回波消噪算法，并结合AI消噪算法，滤波效果显著，有效改善了成像质量；
IoT技术的融合使⽤，如：智慧小车、移动端APP、云端数据库与AI部署等，从智慧工业4.0的角度分析问题，有效提高了目前工业免拆封无损成像的效率；采用PHP转发，简化了单片机与云端以及APP之间数据共享的过程；
基于C++语言，融合MQTT协议以及TCP协议，开发出⼀套运行SQL语言系统，有效解决多数据传输需求，实现STM32于多平台的数据共享功能。

▲ 作品展示

10
e-Album

参赛方向：IOT 团队名称：菲尼克斯

本作品是基于 STM32L431RCT6 低功耗芯片制作的电子墨水屏相册，可显示电子图片，省去冲洗照片等步骤，且可以快速随心更换，只需通过在相应网站进行更改即可。本次设计的电子墨水屏相册相较于传统相册与桌面摆台新增了一块 OLED 副屏，可以显示电量、温度、天气、日历等实时信息，通过设计人机交互界面提高设备的交互性；另有无极调光，可解决墨水屏在夜晚显示效果不佳的问题。

主要创新点：

电子墨水屏显示，可刷新图像：电子墨水屏采用“微胶囊电泳显示”技术进行图像显示，环境光下清晰可见。利用 ESP8266 作为电子墨水屏网络驱动板，其可通过 WIFI 从计算机或智能手机上获取图片信息，并将信息通过电子墨水屏显示出来。
多种显示方式：具有黑白色阶、黑白抖动、多色色阶、多色抖动四种模式，通过色阶法和抖动法两种图像处理算法实现；其中抖动法对于颜色较为复杂、渐变区域较多的图像，通过混合颜色的方法来绘画阴影和过度区域，可以展示出图像细节；
利用毫米波传感器实现自动休眠：墨水屏相册配有人体存在感应雷达，可实时检测感应范围内是否有人，若未检测到则进入自动休眠状态。
利用水银开关感知屏幕旋转：当 e-Album 竖向放置时，内置水银开关感应动作，水银位置发生改变，从而控制 OLED 屏显示方向。

▲ 作品展示

*免责声明：本文所有视频及作品简介均来自2023第六届全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛应用赛道学生提交的参赛作品展示，由学生自行制作。意法半导体展示获奖作品内容仅为展示参赛者作品，为开发者带来更多创意启发，并已征得主办方同意。意法半导体不承担作品展示内容或视频字体的相关法律责任。如有异议，请联系STM32客服沟通（微信号：STM32_01）。

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