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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的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。

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。通過機載傳感器和算法，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微控制器的編程，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。
對電子產品應用、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。