嵌赛归来 | 跟着STM32走花路-电子发烧友网

【导读】在2023 嵌入式大赛STM32赛题方向上，来自河南大学的“一飞冲天”队，凭借“基于NanoEdge AI的无人机智慧故障检测系统”，取得了国赛一等奖的好成绩，还获得了本届STM32杯的殊荣。

项目简介

该项目是一套高效、可靠的无人机智能故障检测系统，能够自主检测故障，并采取相应干预措施，避免无人机应用中可能产生的事故。可用于巡逻、搜索、救援等领域。

主要创新点

本系统采用 NanoEdge AI Studio 进行开发，利用先进的人工智能技术实现了无人机的自主故障检测功能。通过机载传感器和算法，能够实时监测航空器的异常情况。
本系统集成了 STM32WBA52 和 STM32WLE5 系列无线通信模组，实现了手机与遥控器、无人机与遥控器之间的可靠信息传输。
遥控器的人机交互界面采用 TouchGFX 与 STM32F7 开发设计，GUI界面交互丰富、动画流畅，操作员能够直观地了解无人机的飞行状态和各种参数。
地面站控制部分基于 STM32MP1 开发设计，实现了对无人机的远程监测和控制。
在无人机飞控系统中采用了 ST 的 LPS22HH 气压计和 VL53L3X TOF 传感器，提供准确的环境感知数据，从而增强了无人机的感知能力，提高了系统的安全性和稳定性。

评委评价

该系统的开发设计基于STM32新品，如STM32H5、STM32WBA等，较为全面采用了STM32的技术，如TouchGFX。同时，非常用心地准备了项目介绍资料。在系统产品设计中，在设计初期融入了信息安全的理念，并且使用了最新的 STM32H5、STM32MBA或TrustZone技术，保护开发程序代码，关键数据、信息传递中的安全加密等。

出发，萌“芯”人类

第一次遇到刘非凡是在今年5月的STM32峰会上。这位来自河南大学自动化专业的大一下学生，跟着同学组团从郑州飞到深圳参观STM32峰会，开眼界、涨知识，不仅因为内心有成为稚晖君那样的野生技术咖的梦想，还为参与嵌入式大赛做准备。

河南大学的“一飞冲天”赛队由来自自动化专业的刘非凡和张文硕，以及来自电子信息专业的曹杰三位同学组成。三位同学在备赛及项目开发过程中，分工明确，刘同学负责系统中多款STM32微控制器的编程，张同学负责AI模型的训练以及部署，曹同学负责开发各款STM32微控制器通讯。

三位同学都是无人机爱好者，尽管现在无人机应用越来越广泛，国家针对无人机安全方面问题也出台了众多法律法规，但是关于无人机的故障、检测、识别等问题还没有很好的解决方案。而如今我们处在AI驱动的时代，用AI对无人机进行故障检测，是解决这个问题的新思路。

另外，三位同学都还处在大学本科基础课程的学习阶段，是嵌入式系统开发的萌新，在参赛作品的开发中，遇到很多困难。比如，通常嵌入式设备的资源都有限，要求低功耗和高性能，这对AI算法的部署很有挑战。他们希望通过这个参赛项目进行一次前沿科技的尝试，也提高自身“问题式学习”的能力。

以赛促学，从素人到STM32忠粉

参加竞赛，对初学者的学习有非常大的促进作用。刘非凡和张文硕来自自动化专业，接触过基于STM32的电机控制内容，但对于嵌入式AI的部署应用、GUI的设计开发，还有信息安全等方面，可谓全“素人”。参加比赛，就是对自己的小团队设了一个目标，所有的学习、开发、调试都要限时完成，这非常有利于学习效率的提高。

克服语言障碍，工程英语能力大幅提升 STM32有非常完善的产品软硬件开发生态，有大量的相关课程，对初学者非常友好，因而STM32的学习过程还算顺利。刘非凡同学在整个系统设计中，需要开发遥控器的人机界面，这就要用到TouchGFX这款STM32独有的GUI开发软件。这款软件全英文界面，尽管国内有相关资料，但有深度，不太适用初学者。开发过程中，刘同学汇集了各种学习通道，比如CSDN网站、各个技术论坛、博客网站，还访问外网的技术资料，在死磕这些资料的同时，自身的英语词汇量得到大幅提升。

学习新工具NanoEdge，边缘AI应用更接地气 张文硕同学一直以来对AI开发非常有兴趣，在大一、大二期间自学过很多AI开发的相关知识，所以在本次参赛作品的开发中，负责AI模型的训练以及部署。在项目开发过程中，张同学不仅花费相当的时间和精力，从PC端的开发转向边缘AI开发；还需要选择基于STM32的快速开发工具。最初，赛队希望采用STM32.CubeAI进行开发，后来刘队长去参加了5月在深圳举办的STM32峰会，了解到NanoEdge AI具有众多好处，只需几个步骤，开发者就可以根据最少的数据量为项目创建一个适配的ML库；同时不需要开发者具备资深的数理能力，极大地降低了边缘AI应用的开发门槛。NanoEdge AI Studio可以生成四种类型的库：异常检测、异常值检测、分类和回归库，非常适合赛队的参赛项目。ST官网上还有相关的参考示例，为AI模型的训练和部署带来很大的帮助。

破解通讯调试难点 曹杰同学在本次比赛中主要面向通讯部分，在开发调试过程中时常遇到接收不到数据、或者接收到奇怪数据的情况，有时甚至会感觉到这就是玄学问题。为了解决接收数据的异常情况，通过浏览技术博客、论坛提问、咨询老师，甚至向ChatGPT提问，尝试了很多方法，比如用不同的数字定义不同的异常情况，还要解决数据传输慢的问题，保证测距模块正常工作。

收获与心得，跟着STM32走花路

“一飞冲天”赛队的三位同学在参赛之初，就奔着国赛目标准备，比赛结果不仅达到了预期，还非常惊喜地获得了ST企业杯大奖，队员们感概“有点梦幻”！以赛促学是一个快速的学习路径，不仅收获了很多数理知识，还收到了STM32开发板大礼包，这更激励同学们的学习热情；比赛期间那些难忘的瞬间，被队长催进度想撞墙的时候，问题解决、调试成功时的激动与兴奋都是大学生活最难忘的记忆点；在总决赛的舞台上，与其他赛队的选手相互沟通，也颇受启发，例如在代码的某些架构、AI模型的训练方法等。

嵌入式AI将是未来嵌入式系统发展的一个趋势，STM32在边缘AI开发方面是一个非常好的载体。三位同学都希望去了解更多的STM32及边缘人工智能的知识，未来还计划参与更多高质量的嵌入式竞赛，为未来的工作以及研究生阶段打下更好的基础。

在此，三位获奖选手向学弟学妹们分享以下几点心得：

嵌入式大赛的ST赛道非常值得尝试，不仅可以深入学习STM32的软硬件知识，积极尝试新事物对嵌入式学习大有裨益，比如ST的一些新生态，新的开发软件，新的硬件平台、新的芯片等。STM32对初学者非常友好。
对电子产品应用、AI感兴趣的同学，要努力扩大自己的知识面，结合软硬件知识备赛，了解基本的微机原理，储备一些基本的外设知识，DIY一些小作品，提高自身的动手实践能力。
赛队中需要明确的分工，但也离不开团队之间的沟通与合作。
学习路径可以直接跳过51单片机，直接上手STM32。STM32CubeMX、STM32Cube IDE、TouchGFX和NanoEdge AI这些开发工具可以帮助初学者快速入门，极大地降低了开发门槛。
开始STM32的学习，建议大家学习HAL库，而不是基础库，学习HAL库不仅应用非常广泛，并且应用性也非常强。非常推荐大家把HAL库和STM32CubeMX软件结合起来学习，配置外设和快速生成代码的功能可以让初学者避免弯路，节省学习时间，简化学习过程。STM32 CubeIDE也是一款非常易用的开发环境，集代码编写、调试、下载功能为一体，编译速度非常快。