嵌赛归来 | 基于STM32的一等奖嵌赛作品集锦（2）

【导语】本期是第二期文章，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，是嵌入式人工智能与数字电源赛题方向。

1

液体化学试剂混合与测量装置

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：ST优创工控

该设计的多种液体混合加热系统可以满足工业生产现场 3 种或 3 种以上制备成品原液或者加热工艺的需求。系统基于 STM32H743 主控芯片设计控制系统，内部安装液位传感器、步进电机、加热丝、温度传感器、指示灯、液体开关控制阀等元件。该系统可以设置并存储多种液体混合配方方案。实际工作时，操作人员按下启动按钮，液体的输送阀门在定时器、液位传感器的控制下按照一定顺序开闭，可完成多种液体流入混合自动操作，之后搅拌电机和加热丝启动，对多种液体进行加热搅拌并通过光电传感器测量溶液相关指标，当混合溶液的纯度、浓度、密度达到工艺需求后，系统自动放出液体，并自动开始下一轮混合加热作业。

主要创新点：

• 液体混合功能是一个较大规模工业控制系统的改造升级，我们通过STM32 嵌入式系统控制各处电磁阀的开关从而精确可靠的控制各液体的配比，大大避免了人工操作失误而造成的误差和安全隐患。
• 增加人机互动界面，设置手动和自动控制功能，便于操作人员快速掌握及时检测装置工作状态。
• 具有液体测量系统，一般液体测量都需手动操作且安全性低耗时耗力，本装置装配有非接触式光电测量装置，通过光电测量可以准确得知液体成分配比，同时避免了人工测量时产生的二次污染。

▲ 作品展示

2

物尽其用 —— 双碳目标的探索者

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：搬运工

本作品是一项新型的智能垃圾分类电子秤，主要应用在垃圾分类回收与环保领域。该电子秤采用了先进的技术，不仅可以实现准确的重量测量，同时也有独特的垃圾分类功能。不同种类的垃圾在秤上称重时会根据重量自动扣除相应的积分，将积分显示在液晶屏上，让用户轻松地了解自己的垃圾分类情况。此外，根据垃圾分类的具体情况，将各类垃圾分为了有害垃圾、可回收物、湿垃圾、干垃圾四个种类，并对每个种类设置了不同的积分奖励机制。

主要创新点：

• 本系统实现了智能检测垃圾重量，将不同种类的垃圾转化为相应的积分。同时把系统数据推送至服务器，经过处理分析，发送到相关工作人员手机上及云端大屏；实现数据的可视化处理。
• 将垃圾排放与“碳达峰”、“碳中和”相结合，调动居民垃圾分类的积极性，鼓励并引导人们进行垃圾分类，不乱扔垃圾。

• 采用蓄电池与外接电源相结合的供电方式，极大保障了设备工作的稳定性。

▲ 作品展示

3

基于视觉交互的快递分拣系统

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：翼芯

本作品旨在利用视觉识别技术和景深摄像头，实现对快递的智能识别和分类。通过立体视觉感知和图像处理算法，准确将物品识别，并通过步进电机和机械臂的联合控制，将货品自动上架，提高操作效率，并对物品进行实时数据分析和管理。可用于工业系统和生产线，物流中心和分拣中心等领域，同时，在电子商务配送、零售和超市等场景也起到方便快捷上货的作用。

主要创新点：

• 无人化操作：本系统采用自动化和机器人技术，可以实现无人化操作，减少人力成本和提高工作效率。
• 视觉识别技术：本系统配备了高精度的视觉识别技术，可以准确地识别和定位快递，避免了传统上架操作中容易出现的错误。
• 数据管理与分析：本系统可以实时记录和管理快递信息，包括数量、位置等数据，并通过对这些数据进行分析，帮助企业做出更明智的决策和优化运营。
• 自动化仓储系统整合：智能快递上架系统能够与自动化仓储系统进行无缝连接，实现整个供应链的自动化管理，提高物流效率和准确性。

▲ 作品展示

4

溶解氧浓度测量仪

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：有点胡

本作品是一款高精度、高稳定性、网络化、智能化的溶解氧浓度测量仪。溶解于水体或液态物质中的分子态氧我们称之为溶解氧。溶解氧作为水质监测和水处理中的一项重要指标，所以溶解氧浓度测量仪被广泛应用于临床医学、医疗、化工、环境监测、工业处理等领域，并且现在已经成为了水产养殖业、水环境保护和海洋科学中常规的研究项目与最重要的调查参数。

主要创新点：

• 本设计把光电探测器和光源放置在传感膜的同一侧，这种方法确保了光路系统结构的紧凑性，使荧光能够充分照射到光电探测器上，有利于仪器的水密封性和信号的后期处理。
• 设计了锁相环电路，充分利用锁相环原理与相敏检测原理在本设计上的契合性，将对相位差的测量转换成对频率的测量，提高了系统精度、缩短了响应时间，对系统进行锁定，避免外界因素的干扰，提供了传感器的综合性能。
• 采用两路 LED 的驱动模式，单独设置了一个辅助 LED 模拟荧光，以消除由电路延迟引起的系统误差，提高了系统的精度。并简化了光电转换电路设计，使光电转换部分有更好的系统适用性和能力优越性，提高系统的综合性能。

• 实现了 485 通讯以及将数据通过Cat.1 模块上传至阿里云物联网平台，完成了数据的稳定传输和远程接收，使其能够方便地接入互联网以及局域自组网。

▲ 作品展示

5

嵌入式AI中医舌象自动辅助诊断系统

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：广快开饭队

嵌入式 AI 中医舌象自动辅助诊断系统适用于中医诊疗领域。它可以被广泛用于中医诊所、医院和中医药研究机构等场所，为中医医生提供舌象诊断的辅助工具。该系统能够快速分析舌象图像，提供准确的舌象特征分析和诊断结果，帮助中医医生做出更精准的诊断和制定治疗方案。

主要创新点：

• 提出了一种基于轻量化 MobileNetV2 深度学习模型的中医舌象自动诊断方法，实现了中医舌象诊断模型的嵌入式部署。
• 兼容了医疗器械使用标准，设计了 5000V 的隔离电源，并对接了医院的诊疗系统，提供诊断结果传输和预约挂号功能。
• 和某双一流医科类院校合作，获得了大量的数据集和中医诊断报告，使得我们的诊断结果更可靠更权威。

▲ 作品展示

6

车底（危险物）侦察机器人

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：大家一起冲

本作品是一款快速、准确、智能的车底（危险物）侦察机器人，可通过 APP 控制机器人移动，并在上位机实时显示车底危险物检测画面，能够精确的检测识别出车底藏匿的危险物，可为监狱、机场、边防、军事管理区等安检场景的初步筛查工作提供安全智能的检测识别服务。

主要创新点：

• 采用 AutoStitch 算法完成了车底图像的自动拼接：AutoStitch[1]（Automatic Panoramic Image Stitching using Invariant Features）图像拼接算法是图像拼接领域最为经典也是目前使用最为广泛的拼接算法之一。
• 提出一种适用于端侧的轻量化车底危险物检测模型 SG-YOLOv5s，减少了冗余分支，大量降低网络的参数量和计算量。在训练阶段采用 Mixup 数据增强，很好地提升网络的泛化能力。将定位损失函数 CIoU 替换成SIoU，使目标框回归变得更加稳定，提升模型预测准确度。
• 机器人硬件主要由STM32F407VET6 微控制器以及 Jetson Xavier NX 主控构成，软件算法主要由 AutoStitch 图像拼接算法以及轻量化 SG-YOLOv5s[2]检测模型构成，通过人机交互来实现信息数据的高效传输，APP 能实时获取到车底（危险物）侦察机器人的运行状态和可观测数据，同时上位机 Ubuntu 系统能够实时监测机器人检测识别出车底藏匿的危险物。车底（危险物）侦察机器人高度合理并配有 LED 灯，可适应不同车底结构及低暗环境。
  
  

▲ 作品展示

7

基于AI视觉的路面裂缝检测系统

参赛方向：嵌入式人工智能 团队名称：填坑小队

本作品是一款基于 AI 视觉的道路裂缝检测系统，相比其他系统，具有更高的效率和精度，更低的成本和能耗，是一种新型的智能化道路养护解决方案，能够提升城市道路的安全性和美观性。主要应用于城市道路的养护和管理领域。

主要创新点：

• 针对路面材质不同，车道线、杂物干扰等实际问题，使用图像处理库 STM32ImageProcessing Library 进行图像预处理，初步滤除噪声；采集并标记实际路面图像，提高数据集质量。
• 使用轻量化网络构建分类模型进行裂缝检测，并对模型进行量化，使用SDRAM 存储模型激活数据，在 STM32 上模型具有较好的实时性。
• 可视化展现裂缝位置，将裂缝的 GPS 定位数据通过 4G 模块实时上传，可以通过定位监控系统在地图中查看裂缝位置，方便道路裂缝的管理和修护。

▲ 作品展示

8

光伏能源集成功率变换器模拟装置

参赛方向：数字电源 团队名称：桃源鉴湖

本系统可实现分布式可再生清洁能源与混合储能系统在能源发电系统中的合理有效利用。通过智能能量管理系统，可以根据电网需求和负载需求，合理调控可再生能源发电设备和储能装置之间的能量交换，以最大程度地提高系统的效率和稳定性。系统采用最大功率点跟踪算法(MPPT)实现光伏电源的最大功率点追踪；采用 PID控制算法实现交流侧和直流侧稳压；基于数字锁相环实现同频同相逆变并网；当光伏发电的能量大于负载消耗的能量，实现光伏电源的最大功率追踪的同时向蓄电池组充电；根据负载的工作状态和光伏发电的功率，及蓄电池组是否处于充放电模式，光伏逆变并网，市电供电是否切入。

主要创新点：

• 该装置具有实时监测功能，能够实时采集光伏能源系统的关键数据，如电流、电压、功率等。并结合智能算法进行优化，实时调整系统的工作状态以提高集成功率。
• 该装置应用了先进的算法，在实时监测基础上，通过数据分析和算法优化，自主调整系统参数，最大程度地提升光伏能源系统的集成功率。
• 该装置提供直观的可视化界面，以便用户进行操作和数据分析。
• 该装置采用模块化设计，具有灵活性和可扩展性。用户可以根据需要选择安装不同模块，以适应不同规模和要求的光伏能源系统。
• 该装置可进行最大功率跟踪，光伏系统可以在不同的光照和温度条件下实现最大的能量转换效率。
• 该装置利用锁相环技术，光伏逆变器可以实现高效、稳定的电能转换，确保光伏发电系统与电网之间的无缝连接。同时，锁相环还可以提供对逆变器输出波形的精确控制，以适应电网的要求并提高系统的可靠性和运行效率。

▲ 作品展示

9

动力锂电池组智能监控与保护系统设计

参赛方向：数字电源 团队名称：以锂服人

锂离子电池是目前市场使用最广泛的二次可充电电池，而电池管理系统（BMS）作为保证动力电池安全可靠运行的控制器，是动力电池髙效、安全运行的核心保障。异常的充电放电行为不仅对锂电池的寿命和性能造成影响，甚至会出现安全事故，完善的 BMS 能够有效提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，并且延长电池的使用寿命，监控电池组及各电池电芯的运行状态，有效预防电池组自燃，实现突发事件预警，保障财产和人身安全。本作品的电池管理系统是串联动力 18650 锂电池组外围的监测保护系统，用于管理电池充电与放电和维护电池单元的工作状态，它主要应用于无人车、电动自行车、新能源电动工具、储能系统等领域，能够实时监测电池组状态，当危险发生时能及时切断回路，避免造成更大损失和危害。

主要创新点：

• 采用国产专用锂电池管理芯片 SH367309 为从属模块核心设计电池管理系统，该系统可以提供过充、过放、过流、高温、低温、短路等多重安全保护以及均衡管理，提高了锂离子电池的使用安全与寿命。
• 搭建Thevenin等效电路模型，基于HPPC工况测试数据进行参数辨识，基于扩展卡尔曼滤波算法估算 SOC，同时还有末端修正辅助，确保 SOC估算平均误差小于 2%。
• 使用主从式集成架构设计，整体高度集成、成本低廉。

▲ 作品展示

10

基于电力线载波通信的光伏管理系统

参赛方向：数字电源 团队名称：Lukin Team

本系统在完成电力线载波数据通信的同时，通过电力线载波设备诊断电缆运行状态，监测每个光伏控制器的实时工作状态，对分布式光伏系统中的故障进行预防、查找和分析。可应用于光伏发电领域，属于数字电源范畴。电力线载波通信（PLC）在光伏领域的应用非常广泛，主要包括光伏电站监测、光伏并网控制、光伏电站管理和光伏逆变器控制等方面。通过电力线路传输数据，PLC 技术可以实现对光伏电站和逆变器的实时监测和控制，提高光伏电站和逆变器的运行效率和稳定性，保障电网的安全稳定运行。

主要创新点：

• 使用 STM32H743VIT6 作为主控，体积小，功耗低。
• 基于电力线载波通信，系统的传输距离远，基础设施成熟。
• 使用芯片独有 HRTIM 控制 PWM，采用 IWDG 提升稳定性。
• 软件 2FSK 调制，系统灵活性高、可任意裁剪，调制效率高。
• 系统使用自适应滤波算法，提高了通信的抗干扰能力。

▲ 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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原文标题：嵌赛归来 | 基于STM32的一等奖嵌赛作品集锦（2）

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