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嵌賽歸來 | 跟著STM32走花路

STM32單片機 ? 來源:未知 ? 2023-09-20 17:05 ? 次閱讀

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【導讀】在2023 嵌入式大賽STM32賽題方向上,來自河南大學的“一飛沖天”隊,憑借基于NanoEdge AI無人機智慧故障檢測系統”,取得了國賽一等獎的好成績,還獲得了本屆STM32杯的殊榮。

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項目簡介

該項目是一套高效、可靠的無人機智能故障檢測系統,能夠自主檢測故障,并采取相應干預措施,避免無人機應用中可能產生的事故。可用于巡邏、搜索、救援等領域。

主要創新點

  • 本系統采用 NanoEdge AI Studio 進行開發,利用先進的人工智能技術實現了無人機的自主故障檢測功能。通過機載傳感器算法,能夠實時監測航空器的異常情況。
  • 本系統集成了 STM32WBA52 和 STM32WLE5 系列無線通信模組,實現了手機與遙控器、無人機與遙控器之間的可靠信息傳輸。
  • 遙控器的人機交互界面采用 TouchGFX 與 STM32F7 開發設計,GUI界面交互豐富、動畫流暢,操作員能夠直觀地了解無人機的飛行狀態和各種參數
  • 地面站控制部分基于 STM32MP1 開發設計,實現了對無人機的遠程監測和控制。
  • 在無人機飛控系統中采用了 ST 的 LPS22HH 氣壓計和 VL53L3X TOF 傳感器,提供準確的環境感知數據,從而增強了無人機的感知能力,提高了系統的安全性和穩定性。

評委評價

該系統的開發設計基于STM32新品,如STM32H5、STM32WBA等,較為全面采用了STM32的技術,如TouchGFX。同時,非常用心地準備了項目介紹資料。在系統產品設計中,在設計初期融入了信息安全的理念,并且使用了最新的 STM32H5、STM32MBA或TrustZone技術,保護開發程序代碼,關鍵數據、信息傳遞中的安全加密等。

出發,萌“芯”人類

第一次遇到劉非凡是在今年5月的STM32峰會上。這位來自河南大學自動化專業的大一下學生,跟著同學組團從鄭州飛到深圳參觀STM32峰會,開眼界、漲知識,不僅因為內心有成為稚暉君那樣的野生技術咖的夢想,還為參與嵌入式大賽做準備。

河南大學的“一飛沖天”賽隊由來自自動化專業的劉非凡和張文碩,以及來自電子信息專業的曹杰三位同學組成。三位同學在備賽及項目開發過程中,分工明確,劉同學負責系統中多款STM32微控制器編程,張同學負責AI模型的訓練以及部署,曹同學負責開發各款STM32微控制器通訊。

三位同學都是無人機愛好者,盡管現在無人機應用越來越廣泛,國家針對無人機安全方面問題也出臺了眾多法律法規,但是關于無人機的故障、檢測、識別等問題還沒有很好的解決方案。而如今我們處在AI驅動的時代,用AI對無人機進行故障檢測,是解決這個問題的新思路。

另外,三位同學都還處在大學本科基礎課程的學習階段,是嵌入式系統開發的萌新,在參賽作品的開發中,遇到很多困難。比如,通常嵌入式設備的資源都有限,要求低功耗和高性能,這對AI算法的部署很有挑戰。他們希望通過這個參賽項目進行一次前沿科技的嘗試,也提高自身“問題式學習”的能力。

以賽促學,從素人到STM32忠粉

參加競賽,對初學者的學習有非常大的促進作用。劉非凡和張文碩來自自動化專業,接觸過基于STM32的電機控制內容,但對于嵌入式AI的部署應用、GUI的設計開發,還有信息安全等方面,可謂全“素人”。參加比賽,就是對自己的小團隊設了一個目標,所有的學習、開發、調試都要限時完成,這非常有利于學習效率的提高。

克服語言障礙,工程英語能力大幅提升 STM32有非常完善的產品軟硬件開發生態,有大量的相關課程,對初學者非常友好,因而STM32的學習過程還算順利。劉非凡同學在整個系統設計中,需要開發遙控器的人機界面,這就要用到TouchGFX這款STM32獨有的GUI開發軟件。這款軟件全英文界面,盡管國內有相關資料,但有深度,不太適用初學者。開發過程中,劉同學匯集了各種學習通道,比如CSDN網站、各個技術論壇、博客網站,還訪問外網的技術資料,在死磕這些資料的同時,自身的英語詞匯量得到大幅提升。

學習新工具NanoEdge,邊緣AI應用更接地氣 張文碩同學一直以來對AI開發非常有興趣,在大一、大二期間自學過很多AI開發的相關知識,所以在本次參賽作品的開發中,負責AI模型的訓練以及部署。在項目開發過程中,張同學不僅花費相當的時間和精力,從PC端的開發轉向邊緣AI開發;還需要選擇基于STM32的快速開發工具。最初,賽隊希望采用STM32.CubeAI進行開發,后來劉隊長去參加了5月在深圳舉辦的STM32峰會,了解到NanoEdge AI具有眾多好處,只需幾個步驟,開發者就可以根據最少的數據量為項目創建一個適配的ML庫;同時不需要開發者具備資深的數理能力,極大地降低了邊緣AI應用的開發門檻。NanoEdge AI Studio可以生成四種類型的庫:異常檢測、異常值檢測、分類和回歸庫,非常適合賽隊的參賽項目。ST官網上還有相關的參考示例,為AI模型的訓練和部署帶來很大的幫助。

破解通訊調試難點 曹杰同學在本次比賽中主要面向通訊部分,在開發調試過程中時常遇到接收不到數據、或者接收到奇怪數據的情況,有時甚至會感覺到這就是玄學問題。為了解決接收數據的異常情況,通過瀏覽技術博客、論壇提問、咨詢老師,甚至向ChatGPT提問,嘗試了很多方法,比如用不同的數字定義不同的異常情況,還要解決數據傳輸慢的問題,保證測距模塊正常工作。

收獲與心得,跟著STM32走花路

“一飛沖天”賽隊的三位同學在參賽之初,就奔著國賽目標準備,比賽結果不僅達到了預期,還非常驚喜地獲得了ST企業杯大獎,隊員們感概“有點夢幻”!以賽促學是一個快速的學習路徑,不僅收獲了很多數理知識,還收到了STM32開發板大禮包,這更激勵同學們的學習熱情;比賽期間那些難忘的瞬間,被隊長催進度想撞墻的時候,問題解決、調試成功時的激動與興奮都是大學生活最難忘的記憶點;在總決賽的舞臺上,與其他賽隊的選手相互溝通,也頗受啟發,例如在代碼的某些架構、AI模型的訓練方法等。

嵌入式AI將是未來嵌入式系統發展的一個趨勢,STM32在邊緣AI開發方面是一個非常好的載體。三位同學都希望去了解更多的STM32及邊緣人工智能的知識,未來還計劃參與更多高質量的嵌入式競賽,為未來的工作以及研究生階段打下更好的基礎。

在此,三位獲獎選手向學弟學妹們分享以下幾點心得:

  • 嵌入式大賽的ST賽道非常值得嘗試,不僅可以深入學習STM32的軟硬件知識,積極嘗試新事物對嵌入式學習大有裨益,比如ST的一些新生態,新的開發軟件,新的硬件平臺、新的芯片等。STM32對初學者非常友好。

  • 電子產品應用、AI感興趣的同學,要努力擴大自己的知識面,結合軟硬件知識備賽,了解基本的微機原理,儲備一些基本的外設知識,DIY一些小作品,提高自身的動手實踐能力。

  • 賽隊中需要明確的分工,但也離不開團隊之間的溝通與合作。

  • 學習路徑可以直接跳過51單片機,直接上手STM32。STM32CubeMX、STM32Cube IDE、TouchGFX和NanoEdge AI這些開發工具可以幫助初學者快速入門,極大地降低了開發門檻。

  • 開始STM32的學習,建議大家學習HAL庫,而不是基礎庫,學習HAL庫不僅應用非常廣泛,并且應用性也非常強。非常推薦大家把HAL庫和STM32CubeMX軟件結合起來學習,配置外設和快速生成代碼的功能可以讓初學者避免彎路,節省學習時間,簡化學習過程。STM32 CubeIDE也是一款非常易用的開發環境,集代碼編寫、調試、下載功能為一體,編譯速度非常快。

總而言之,STM32產品系列非常豐富,軟硬件生態大而全,還有很多技術資源和參考資料,可以讓學習與開發之路事半功倍!

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