ARM/ST全國大學(xué)生智能設(shè)備創(chuàng)新大賽參賽指南及獲獎作品案例實戰(zhàn)（2015）

非常榮幸受中國水利水電出版社萬水分社楊慶川社長的邀請，為這本參賽指南和獲獎作品案例實戰(zhàn)的合集作序，“ARM/ST校園創(chuàng)新大賽”由意法半導(dǎo)體和ARM聯(lián)合主辦、360eet電子工程網(wǎng)承辦，是在校大學(xué)生課外活動中一項具有示范性、引導(dǎo)性和廣泛性的競賽活動，經(jīng)過短短兩年的發(fā)展，已經(jīng)成為在校大學(xué)生參與智能硬件創(chuàng)新，學(xué)習(xí)最新嵌入式技術(shù)的一個重要平臺。

回顧過去的20年，微控制器在技術(shù)、性能、生態(tài)系統(tǒng)方面發(fā)生了巨大的變化。特別是ARM公司相繼推出針對嵌入式應(yīng)用的ARM7內(nèi)核和微控制器領(lǐng)域的Cortex-M內(nèi)核之后，更加速了微控制器市場的變革。這場變革體現(xiàn)在打破了傳統(tǒng)私有內(nèi)核之間不兼容的壁壘，以生態(tài)鏈的方式推動了各個環(huán)節(jié)自我的發(fā)展，讓芯片供應(yīng)商、工具設(shè)計者、軟件開發(fā)者等在統(tǒng)一的協(xié)議下進行緊密的分工和合作，讓使用者可以在各個環(huán)節(jié)有多樣的選擇。這些選擇的內(nèi)在生命力在于：所有內(nèi)核指令是一致的，或者是兼容的。

致力于為行業(yè)和客戶提供最新技術(shù)、高性能、安全可靠的芯片是意法半導(dǎo)體作為企業(yè)的使命之一。在過去的10年中，意法半導(dǎo)體基于ARM Cortex-M內(nèi)核，為多元化應(yīng)用推出了基于M0、M0+、M3和M4內(nèi)核的產(chǎn)品系列，形成了業(yè)界最為寬廣的STM32家族。除內(nèi)核因素以外，其領(lǐng)先的設(shè)計和制造工藝、創(chuàng)新的系統(tǒng)架構(gòu)、卓越的功耗效率和最大化的集成度，使得STM32迅速獲得眾多客戶的青睞。從2007年面世，到2015年第二季度末，STM32全球累計出貨數(shù)量超了10億，這是一個里程碑式的成就。

中國是一個特殊的市場，因為其廣泛的地域中蘊含了眾多的中小客戶。為更好地服務(wù)和支持中國市場，意法半導(dǎo)體和ARM公司積極推動本土化的生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)，積極參與人才的培養(yǎng)，為教育者和學(xué)生提供具有最新技術(shù)的產(chǎn)品，培養(yǎng)其學(xué)習(xí)和實踐能力，使其能夠快速適應(yīng)社會對人才的要求。學(xué)生競賽成為生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的一個重要部分。正是基于這樣的想法，意法半導(dǎo)體聯(lián)合ARM公司從2013年開始舉辦“全國大學(xué)生智能設(shè)備創(chuàng)新大賽”，通過大賽，將最新的技術(shù)和產(chǎn)品提供給學(xué)生學(xué)習(xí)和動手實踐，并借此機會與老師和學(xué)生進行面對面的交流，為未來的競賽和課程設(shè)計進行探討和規(guī)劃。

過去的兩屆競賽得到了全國高校師生的熱烈響應(yīng)，每屆均有超過700支隊伍和近2000名學(xué)生報名，經(jīng)過初選和作品評審后，最后在意法半導(dǎo)體總部決出大賽的冠軍。看到學(xué)生的作品，我們由衷地為學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力感到興奮，這是因為學(xué)生的創(chuàng)作覆蓋了多樣化的應(yīng)用和場景，部分作品的完善程度已經(jīng)接近了商業(yè)化的水平。為了更好地推廣學(xué)生的作品、記錄大賽的歷程，我們將2014年度全部獲獎作品收集、編輯成冊，以便公眾閱覽。衷心希望同學(xué)們能夠借此機會吸收最新科技的營養(yǎng)，提升自身的能力，成為未來真正的人才！

借此機會，也感謝ARM公司前任中國大學(xué)計劃經(jīng)理時忻博士的全力支持，得以讓大賽在2013年如愿啟動；感謝2013年首屆大賽的協(xié)辦方與非網(wǎng)對賽事的大力推廣；感謝ARM和ST公司本地團隊成員對大賽盡心盡責(zé)的配合與付出；最后再次感謝中國水利水電出版社和現(xiàn)大賽協(xié)辦方360eet的幫助，得以讓大賽優(yōu)秀方案整理成冊，傳播知識，分享成功。

意法半導(dǎo)體微控制器中國區(qū)高級市場經(jīng)理

陳煒

ARM亞太區(qū)大學(xué)計劃經(jīng)理

2015年8月于上海

序言

ARM/ST全國大學(xué)生智能設(shè)備創(chuàng)新大賽
參賽指南 1
其于STM32F401的多功能兩輪載人平衡車
（特等獎） 8
1 摘要 9
2 引言 9
3 系統(tǒng)方案 9
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 10
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 13
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 21
7 附錄 22
基于STM32F401RE的四軸飛行器跟蹤系統(tǒng)
（一等獎） 25
1 摘要 26
2 引言 26
3 系統(tǒng)方案 27
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 31
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 32
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 37
7 系統(tǒng)難點與創(chuàng)新 40
8 附錄 41
基于STM32與LabWindows/CVI的單探頭下壓式
新型脈象儀
（一等獎） 43
1 摘要 44
2 引言 44
3 系統(tǒng)方案 44
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 45
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 49
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 51
7 附錄 54
基于STM32F4的無線遙控智能小車
（二等獎） 56
1 摘要 57
2 引言 57
3 系統(tǒng)方案 57
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 59
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 64
6 系統(tǒng)創(chuàng)新 70
7 系統(tǒng)評測與結(jié)論 70
8 附錄 71
基于組網(wǎng)控制和視頻傳輸?shù)奶綔y機器人
（二等獎） 72
1 摘要 73
2 引言 73
3 系統(tǒng)方案 73
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 76
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 82
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 84
7 附錄 84
E Senses
（二等獎） 88
1 摘要 89
2 引言 89
3 系統(tǒng)方案 90
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 91
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 92
6 系統(tǒng)創(chuàng)新 96
7 系統(tǒng)評測與結(jié)論 97
基于Leap Motion手勢識別的遠程控制機械臂
（二等獎） 98
1 摘要 99
2 引言 99
3 系統(tǒng)方案 101
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 101
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 104
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 114
自平衡智能移動平臺
（二等獎） 115
1 摘要 116
2 引言 116
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 116
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 118
5 附錄 123
視覺引導(dǎo)的自動駕駛演示系統(tǒng)
（三等獎） 125
1 摘要 126
2 引言 126
3 系統(tǒng)方案 126
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 127
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 130
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 133
7 附錄 134
基于STM32F4的四旋翼實時圖傳系統(tǒng)
（三等獎） 136
1 摘要 137
2 引言 137
3 系統(tǒng)方案 137
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 142
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 143
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 144
7 附錄 145
基于STM32的智能門禁系統(tǒng)
（三等獎） 146
1 摘要 147
2 引言 147
3 系統(tǒng)方案 148
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 149
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 151
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 152
7 附錄 154
基于STM32的智能家居系統(tǒng)
（三等獎） 159
1 摘要 160
2 引言 160
3 系統(tǒng)方案 160
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 161
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 164
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 166
7 附錄 166
GNSS電子地圖導(dǎo)引小車
（三等獎） 168
1 摘要 169
2 引言 169
3 系統(tǒng)方案 170
4 流程設(shè)計 176
5 系統(tǒng)評測與結(jié)論 189
6 附錄 190
基于STM32F401的溫室精準種植監(jiān)控系統(tǒng)
（三等獎） 192
1 摘要 193
2 引言 193
3 系統(tǒng)方案 193
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 195
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 198
6 STM32與LabVIEW的通訊機制 203
7 系統(tǒng)評測與結(jié)論 203
8 附錄 204
基于STM32F4的智能避障小船
（三等獎） 205
1 摘要 206
2 引言 206
3 系統(tǒng)方案 206
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 207
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 210
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 210
7 附錄 211
家庭智能語音無線控制系統(tǒng)
（三等獎） 212
1 摘要 213
2 引言 213
3 系統(tǒng)方案 213
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 215
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 219
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 221
7 附錄 222
無線可視對講多用途工程協(xié)助器
（三等獎） 225
1 摘要 226
2 引言 227
3 系統(tǒng)方案 228
4 原理分析 229
5 系統(tǒng)硬件設(shè)計 230
6 系統(tǒng)軟件設(shè)計 234
7 系統(tǒng)評測與結(jié)論 237
8 系統(tǒng)難點與創(chuàng)新 237
空氣盒子（基于STM32的家庭空氣監(jiān)控系統(tǒng)）
（三等獎） 240
1 摘要 241
2 引言 241
3 系統(tǒng)方案 241
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 242
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 246
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 250
7 附錄 250
基于STM32F401的汽車安全主動防御系統(tǒng)
（三等獎） 252
1 摘要 253
2 引言 253
3 系統(tǒng)方案 254
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 257
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 263
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 269
7 系統(tǒng)創(chuàng)新 271
基于STM32F401單片機的四軸飛行器系統(tǒng)的設(shè)計
（三等獎） 273
1 摘要 274
2 引言 274
3 系統(tǒng)方案 275
4 系統(tǒng)硬件設(shè)計 276
5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 277
6 系統(tǒng)評測與結(jié)論 281
7 附錄 281

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