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嵌賽歸來 | 基于STM32的一等獎嵌賽作品集錦(2)

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



【導語】本期是第二期文章,向大家介紹全國大學生嵌入式芯片與系統設計競賽全國總決賽中,基于STM32產品系列的一等獎作品。


本期文章的一等獎作品,是嵌入式人工智能數字電源賽題方向

1

液體化學試劑混合與測量裝置
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:ST優創工控


該設計的多種液體混合加熱系統可以滿足工業生產現場 3 種或 3 種以上制備成品原液或者加熱工藝的需求。系統基于 STM32H743 主控芯片設計控制系統,內部安裝液位傳感器步進電機、加熱絲、溫度傳感器、指示燈、液體開關控制閥等元件。該系統可以設置并存儲多種液體混合配方方案。實際工作時,操作人員按下啟動按鈕,液體的輸送閥門在定時器、液位傳感器的控制下按照一定順序開閉,可完成多種液體流入混合自動操作,之后攪拌電機和加熱絲啟動,對多種液體進行加熱攪拌并通過光電傳感器測量溶液相關指標,當混合溶液的純度、濃度、密度達到工藝需求后,系統自動放出液體,并自動開始下一輪混合加熱作業。


主要創新點:

  • 液體混合功能是一個較大規模工業控制系統的改造升級,我們通過STM32 嵌入式系統控制各處電磁閥的開關從而精確可靠的控制各液體的配比,大大避免了人工操作失誤而造成的誤差和安全隱患。
  • 增加人機互動界面,設置手動和自動控制功能,便于操作人員快速掌握及時檢測裝置工作狀態。
  • 具有液體測量系統,一般液體測量都需手動操作且安全性低耗時耗力,本裝置裝配有非接觸式光電測量裝置,通過光電測量可以準確得知液體成分配比,同時避免了人工測量時產生的二次污染。

作品展示
2

物盡其用 —— 雙碳目標的探索者
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:搬運工


本作品是一項新型的智能垃圾分類電子秤,主要應用在垃圾分類回收與環保領域。該電子秤采用了先進的技術,不僅可以實現準確的重量測量,同時也有獨特的垃圾分類功能。不同種類的垃圾在秤上稱重時會根據重量自動扣除相應的積分,將積分顯示在液晶屏上,讓用戶輕松地了解自己的垃圾分類情況。此外,根據垃圾分類的具體情況,將各類垃圾分為了有害垃圾、可回收物、濕垃圾、干垃圾四個種類,并對每個種類設置了不同的積分獎勵機制。

主要創新點:

  • 本系統實現了智能檢測垃圾重量,將不同種類的垃圾轉化為相應的積分。同時把系統數據推送至服務器,經過處理分析,發送到相關工作人員手機上及云端大屏;實現數據的可視化處理。
  • 將垃圾排放與“碳達峰”、“碳中和”相結合,調動居民垃圾分類的積極性,鼓勵并引導人們進行垃圾分類,不亂扔垃圾。
  • 采用蓄電池與外接電源相結合的供電方式,極大保障了設備工作的穩定性。


作品展示
3

基于視覺交互的快遞分揀系統
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:翼芯


本作品旨在利用視覺識別技術和景深攝像頭,實現對快遞的智能識別和分類。通過立體視覺感知和圖像處理算法,準確將物品識別,并通過步進電機和機械臂的聯合控制,將貨品自動上架,提高操作效率,并對物品進行實時數據分析和管理。可用于工業系統和生產線,物流中心和分揀中心等領域,同時,在電子商務配送、零售和超市等場景也起到方便快捷上貨的作用。


主要創新點:
  • 無人化操作:本系統采用自動化和機器人技術,可以實現無人化操作,減少人力成本和提高工作效率。
  • 視覺識別技術:本系統配備了高精度的視覺識別技術,可以準確地識別和定位快遞,避免了傳統上架操作中容易出現的錯誤。
  • 數據管理與分析:本系統可以實時記錄和管理快遞信息,包括數量、位置等數據,并通過對這些數據進行分析,幫助企業做出更明智的決策和優化運營。
  • 自動化倉儲系統整合:智能快遞上架系統能夠與自動化倉儲系統進行無縫連接,實現整個供應鏈的自動化管理,提高物流效率和準確性。

作品展示
4

溶解氧濃度測量儀
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:有點胡


本作品是一款高精度、高穩定性、網絡化、智能化的溶解氧濃度測量儀。溶解于水體或液態物質中的分子態氧我們稱之為溶解氧。溶解氧作為水質監測和水處理中的一項重要指標,所以溶解氧濃度測量儀被廣泛應用于臨床醫學、醫療、化工、環境監測、工業處理等領域,并且現在已經成為了水產養殖業、水環境保護和海洋科學中常規的研究項目與最重要的調查參數



主要創新點:
  • 本設計把光電探測器和光源放置在傳感膜的同一側,這種方法確保了光路系統結構的緊湊性,使熒光能夠充分照射到光電探測器上,有利于儀器的水密封性和信號的后期處理。
  • 設計了鎖相環電路,充分利用鎖相環原理與相敏檢測原理在本設計上的契合性,將對相位差的測量轉換成對頻率的測量,提高了系統精度、縮短了響應時間,對系統進行鎖定,避免外界因素的干擾,提供了傳感器的綜合性能。
  • 采用兩路 LED 的驅動模式,單獨設置了一個輔助 LED 模擬熒光,以消除由電路延遲引起的系統誤差,提高了系統的精度。并簡化了光電轉換電路設計,使光電轉換部分有更好的系統適用性和能力優越性,提高系統的綜合性能。
  • 實現了 485 通訊以及將數據通過Cat.1 模塊上傳至阿里云物聯網平臺,完成了數據的穩定傳輸和遠程接收,使其能夠方便地接入互聯網以及局域自組網。


作品展示
5

嵌入式AI中醫舌象自動輔助診斷系統
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:廣快開飯隊


嵌入式 AI 中醫舌象自動輔助診斷系統適用于中醫診療領域。它可以被廣泛用于中醫診所、醫院和中醫藥研究機構等場所,為中醫醫生提供舌象診斷的輔助工具。該系統能夠快速分析舌象圖像,提供準確的舌象特征分析和診斷結果,幫助中醫醫生做出更精準的診斷和制定治療方案。


主要創新點:
  • 提出了一種基于輕量化 MobileNetV2 深度學習模型的中醫舌象自動診斷方法,實現了中醫舌象診斷模型的嵌入式部署。
  • 兼容了醫療器械使用標準,設計了 5000V 的隔離電源,并對接了醫院的診療系統,提供診斷結果傳輸和預約掛號功能。
  • 和某雙一流醫科類院校合作,獲得了大量的數據集和中醫診斷報告,使得我們的診斷結果更可靠更權威。


作品展示
6

車底(危險物)偵察機器人
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:大家一起沖


本作品是一款快速、準確、智能的車底(危險物)偵察機器人,可通過 APP 控制機器人移動,并在上位機實時顯示車底危險物檢測畫面,能夠精確的檢測識別出車底藏匿的危險物,可為監獄、機場、邊防、軍事管理區等安檢場景的初步篩查工作提供安全智能的檢測識別服務。

主要創新點:
  • 采用 AutoStitch 算法完成了車底圖像的自動拼接:AutoStitch[1](Automatic Panoramic Image Stitching using Invariant Features)圖像拼接算法是圖像拼接領域最為經典也是目前使用最為廣泛的拼接算法之一。
  • 提出一種適用于端側的輕量化車底危險物檢測模型 SG-YOLOv5s,減少了冗余分支,大量降低網絡的參數量和計算量。在訓練階段采用 Mixup 數據增強,很好地提升網絡的泛化能力。將定位損失函數 CIoU 替換成SIoU,使目標框回歸變得更加穩定,提升模型預測準確度。
  • 機器人硬件主要由STM32F407VET6 微控制器以及 Jetson Xavier NX 主控構成,軟件算法主要由 AutoStitch 圖像拼接算法以及輕量化 SG-YOLOv5s[2]檢測模型構成,通過人機交互來實現信息數據的高效傳輸,APP 能實時獲取到車底(危險物)偵察機器人的運行狀態和可觀測數據,同時上位機 Ubuntu 系統能夠實時監測機器人檢測識別出車底藏匿的危險物。車底(危險物)偵察機器人高度合理并配有 LED 燈,可適應不同車底結構及低暗環境。


作品展示
7

基于AI視覺的路面裂縫檢測系統
參賽方向:嵌入式人工智能 團隊名稱:填坑小隊


本作品是一款基于 AI 視覺的道路裂縫檢測系統,相比其他系統,具有更高的效率和精度,更低的成本和能耗,是一種新型的智能化道路養護解決方案,能夠提升城市道路的安全性和美觀性。主要應用于城市道路的養護和管理領域。


主要創新點:
  • 針對路面材質不同,車道線、雜物干擾等實際問題,使用圖像處理庫 STM32ImageProcessing Library 進行圖像預處理,初步濾除噪聲;采集并標記實際路面圖像,提高數據集質量。
  • 使用輕量化網絡構建分類模型進行裂縫檢測,并對模型進行量化,使用SDRAM 存儲模型激活數據,在 STM32 上模型具有較好的實時性。
  • 可視化展現裂縫位置,將裂縫的 GPS 定位數據通過 4G 模塊實時上傳,可以通過定位監控系統在地圖中查看裂縫位置,方便道路裂縫的管理和修護。


作品展示
8

光伏能源集成功率變換器模擬裝置
參賽方向:數字電源 團隊名稱:桃源鑒湖


本系統可實現分布式可再生清潔能源與混合儲能系統在能源發電系統中的合理有效利用。通過智能能量管理系統,可以根據電網需求和負載需求,合理調控可再生能源發電設備和儲能裝置之間的能量交換,以最大程度地提高系統的效率和穩定性。系統采用最大功率點跟蹤算法(MPPT)實現光伏電源的最大功率點追蹤;采用 PID控制算法實現交流側和直流側穩壓;基于數字鎖相環實現同頻同相逆變并網;光伏發電的能量大于負載消耗的能量,實現光伏電源的最大功率追蹤的同時向蓄電池組充電;根據負載的工作狀態和光伏發電的功率,及蓄電池組是否處于充放電模式,光伏逆變并網,市電供電是否切入。


主要創新點:
  • 該裝置具有實時監測功能,能夠實時采集光伏能源系統的關鍵數據,如電流、電壓、功率等。并結合智能算法進行優化,實時調整系統的工作狀態以提高集成功率。
  • 該裝置應用了先進的算法,在實時監測基礎上,通過數據分析和算法優化,自主調整系統參數,最大程度地提升光伏能源系統的集成功率。
  • 該裝置提供直觀的可視化界面,以便用戶進行操作和數據分析。
  • 該裝置采用模塊化設計,具有靈活性和可擴展性。用戶可以根據需要選擇安裝不同模塊,以適應不同規模和要求的光伏能源系統。
  • 該裝置可進行最大功率跟蹤,光伏系統可以在不同的光照和溫度條件下實現最大的能量轉換效率。
  • 該裝置利用鎖相環技術,光伏逆變器可以實現高效、穩定的電能轉換,確保光伏發電系統與電網之間的無縫連接。同時,鎖相環還可以提供對逆變器輸出波形的精確控制,以適應電網的要求并提高系統的可靠性和運行效率。


作品展示
9

動力鋰電池組智能監控與保護系統設計
參賽方向:數字電源 團隊名稱:以鋰服人


鋰離子電池是目前市場使用最廣泛的二次可充電電池,而電池管理系統(BMS)作為保證動力電池安全可靠運行的控制器,是動力電池髙效、安全運行的核心保障。異常的充電放電行為不僅對鋰電池的壽命和性能造成影響,甚至會出現安全事故,完善的 BMS 能夠有效提高電池的利用率,防止電池出現過充電和過放電,并且延長電池的使用壽命,監控電池組及各電池電芯的運行狀態,有效預防電池組自燃,實現突發事件預警,保障財產和人身安全。本作品的電池管理系統是串聯動力 18650 鋰電池組外圍的監測保護系統,用于管理電池充電與放電和維護電池單元的工作狀態,它主要應用于無人車、電動自行車、新能源電動工具、儲能系統等領域,能夠實時監測電池組狀態,當危險發生時能及時切斷回路,避免造成更大損失和危害。


主要創新點:
  • 采用國產專用鋰電池管理芯片 SH367309 為從屬模塊核心設計電池管理系統,該系統可以提供過充、過放、過流、高溫、低溫、短路等多重安全保護以及均衡管理,提高了鋰離子電池的使用安全與壽命。
  • 搭建Thevenin等效電路模型,基于HPPC工況測試數據進行參數辨識,基于擴展卡爾曼濾波算法估算 SOC,同時還有末端修正輔助,確保 SOC估算平均誤差小于 2%。
  • 使用主從式集成架構設計,整體高度集成、成本低廉。


作品展示
10

基于電力線載波通信的光伏管理系統
參賽方向:數字電源 團隊名稱:Lukin Team


本系統在完成電力線載波數據通信的同時,通過電力線載波設備診斷電纜運行狀態,監測每個光伏控制器的實時工作狀態,對分布式光伏系統中的故障進行預防、查找和分析。可應用于光伏發電領域,屬于數字電源范疇。電力線載波通信(PLC)在光伏領域的應用非常廣泛,主要包括光伏電站監測、光伏并網控制、光伏電站管理和光伏逆變器控制等方面。通過電力線路傳輸數據,PLC 技術可以實現對光伏電站和逆變器的實時監測和控制,提高光伏電站和逆變器的運行效率和穩定性,保障電網的安全穩定運行。



主要創新點:
  • 使用 STM32H743VIT6 作為主控,體積小,功耗低。
  • 基于電力線載波通信,系統的傳輸距離遠,基礎設施成熟。
  • 使用芯片獨有 HRTIM 控制 PWM,采用 IWDG 提升穩定性。
  • 軟件 2FSK 調制,系統靈活性高、可任意裁剪,調制效率高。
  • 系統使用自適應濾波算法,提高了通信的抗干擾能力。

作品展示


*免責聲明:本文所有視頻及作品簡介均來自2023第六屆全國大學生嵌入式芯片與系統設計競賽應用賽道學生提交的參賽作品展示,由學生自行制作。意法半導體展示獲獎作品內容僅為展示參賽者作品,為開發者帶來更多創意啟發,并已征得主辦方同意。意法半導體不承擔作品展示內容或視頻字體的相關法律責任。如有異議,請聯系STM32客服溝通(微信號:STM32_01)。



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