ARM/ST全国大学生智能设备创新大赛参赛指南及获奖作品案例实战（2015）

非常荣幸受中国水利水电出版社万水分社杨庆川社长的邀请，为这本参赛指南和获奖作品案例实战的合集作序，“ARM/ST校园创新大赛”由意法半导体和ARM联合主办、360eet电子工程网承办，是在校大学生课外活动中一项具有示范性、引导性和广泛性的竞赛活动，经过短短两年的发展，已经成为在校大学生参与智能硬件创新，学习最新嵌入式技术的一个重要平台。

回顾过去的20年，微控制器在技术、性能、生态系统方面发生了巨大的变化。特别是ARM公司相继推出针对嵌入式应用的ARM7内核和微控制器领域的Cortex-M内核之后，更加速了微控制器市场的变革。这场变革体现在打破了传统私有内核之间不兼容的壁垒，以生态链的方式推动了各个环节自我的发展，让芯片供应商、工具设计者、软件开发者等在统一的协议下进行紧密的分工和合作，让使用者可以在各个环节有多样的选择。这些选择的内在生命力在于：所有内核指令是一致的，或者是兼容的。

致力于为行业和客户提供最新技术、高性能、安全可靠的芯片是意法半导体作为企业的使命之一。在过去的10年中，意法半导体基于ARM Cortex-M内核，为多元化应用推出了基于M0、M0+、M3和M4内核的产品系列，形成了业界最为宽广的STM32家族。除内核因素以外，其领先的设计和制造工艺、创新的系统架构、卓越的功耗效率和最大化的集成度，使得STM32迅速获得众多客户的青睐。从2007年面世，到2015年第二季度末，STM32全球累计出货数量超了10亿，这是一个里程碑式的成就。

中国是一个特殊的市场，因为其广泛的地域中蕴含了众多的中小客户。为更好地服务和支持中国市场，意法半导体和ARM公司积极推动本土化的生态系统的建设，积极参与人才的培养，为教育者和学生提供具有最新技术的产品，培养其学习和实践能力，使其能够快速适应社会对人才的要求。学生竞赛成为生态系统建设的一个重要部分。正是基于这样的想法，意法半导体联合ARM公司从2013年开始举办“全国大学生智能设备创新大赛”，通过大赛，将最新的技术和产品提供给学生学习和动手实践，并借此机会与老师和学生进行面对面的交流，为未来的竞赛和课程设计进行探讨和规划。

过去的两届竞赛得到了全国高校师生的热烈响应，每届均有超过700支队伍和近2000名学生报名，经过初选和作品评审后，最后在意法半导体总部决出大赛的冠军。看到学生的作品，我们由衷地为学生的想象力和创造力感到兴奋，这是因为学生的创作覆盖了多样化的应用和场景，部分作品的完善程度已经接近了商业化的水平。为了更好地推广学生的作品、记录大赛的历程，我们将2014年度全部获奖作品收集、编辑成册，以便公众阅览。衷心希望同学们能够借此机会吸收最新科技的营养，提升自身的能力，成为未来真正的人才！

借此机会，也感谢ARM公司前任中国大学计划经理时忻博士的全力支持，得以让大赛在2013年如愿启动；感谢2013年首届大赛的协办方与非网对赛事的大力推广；感谢ARM和ST公司本地团队成员对大赛尽心尽责的配合与付出；最后再次感谢中国水利水电出版社和现大赛协办方360eet的帮助，得以让大赛优秀方案整理成册，传播知识，分享成功。

意法半导体微控制器中国区高级市场经理

陈炜

ARM亚太区大学计划经理

2015年8月于上海

序言

ARM/ST全国大学生智能设备创新大赛
参赛指南 1
其于STM32F401的多功能两轮载人平衡车
（特等奖） 8
1 摘要 9
2 引言 9
3 系统方案 9
4 系统硬件设计 10
5 系统软件设计 13
6 系统评测与结论 21
7 附录 22
基于STM32F401RE的四轴飞行器跟踪系统
（一等奖） 25
1 摘要 26
2 引言 26
3 系统方案 27
4 系统硬件设计 31
5 系统软件设计 32
6 系统评测与结论 37
7 系统难点与创新 40
8 附录 41
基于STM32与LabWindows/CVI的单探头下压式
新型脉象仪
（一等奖） 43
1 摘要 44
2 引言 44
3 系统方案 44
4 系统硬件设计 45
5 系统软件设计 49
6 系统评测与结论 51
7 附录 54
基于STM32F4的无线遥控智能小车
（二等奖） 56
1 摘要 57
2 引言 57
3 系统方案 57
4 系统硬件设计 59
5 系统软件设计 64
6 系统创新 70
7 系统评测与结论 70
8 附录 71
基于组网控制和视频传输的探测机器人
（二等奖） 72
1 摘要 73
2 引言 73
3 系统方案 73
4 系统硬件设计 76
5 系统软件设计 82
6 系统评测与结论 84
7 附录 84
E Senses
（二等奖） 88
1 摘要 89
2 引言 89
3 系统方案 90
4 系统硬件设计 91
5 系统软件设计 92
6 系统创新 96
7 系统评测与结论 97
基于Leap Motion手势识别的远程控制机械臂
（二等奖） 98
1 摘要 99
2 引言 99
3 系统方案 101
4 系统硬件设计 101
5 系统软件设计 104
6 系统评测与结论 114
自平衡智能移动平台
（二等奖） 115
1 摘要 116
2 引言 116
3 系统硬件设计 116
4 系统软件设计 118
5 附录 123
视觉引导的自动驾驶演示系统
（三等奖） 125
1 摘要 126
2 引言 126
3 系统方案 126
4 系统硬件设计 127
5 系统软件设计 130
6 系统评测与结论 133
7 附录 134
基于STM32F4的四旋翼实时图传系统
（三等奖） 136
1 摘要 137
2 引言 137
3 系统方案 137
4 系统硬件设计 142
5 系统软件设计 143
6 系统评测与结论 144
7 附录 145
基于STM32的智能门禁系统
（三等奖） 146
1 摘要 147
2 引言 147
3 系统方案 148
4 系统硬件设计 149
5 系统软件设计 151
6 系统评测与结论 152
7 附录 154
基于STM32的智能家居系统
（三等奖） 159
1 摘要 160
2 引言 160
3 系统方案 160
4 系统硬件设计 161
5 系统软件设计 164
6 系统评测与结论 166
7 附录 166
GNSS电子地图导引小车
（三等奖） 168
1 摘要 169
2 引言 169
3 系统方案 170
4 流程设计 176
5 系统评测与结论 189
6 附录 190
基于STM32F401的温室精准种植监控系统
（三等奖） 192
1 摘要 193
2 引言 193
3 系统方案 193
4 系统硬件设计 195
5 系统软件设计 198
6 STM32与LabVIEW的通讯机制 203
7 系统评测与结论 203
8 附录 204
基于STM32F4的智能避障小船
（三等奖） 205
1 摘要 206
2 引言 206
3 系统方案 206
4 系统硬件设计 207
5 系统软件设计 210
6 系统评测与结论 210
7 附录 211
家庭智能语音无线控制系统
（三等奖） 212
1 摘要 213
2 引言 213
3 系统方案 213
4 系统硬件设计 215
5 系统软件设计 219
6 系统评测与结论 221
7 附录 222
无线可视对讲多用途工程协助器
（三等奖） 225
1 摘要 226
2 引言 227
3 系统方案 228
4 原理分析 229
5 系统硬件设计 230
6 系统软件设计 234
7 系统评测与结论 237
8 系统难点与创新 237
空气盒子（基于STM32的家庭空气监控系统）
（三等奖） 240
1 摘要 241
2 引言 241
3 系统方案 241
4 系统硬件设计 242
5 系统软件设计 246
6 系统评测与结论 250
7 附录 250
基于STM32F401的汽车安全主动防御系统
（三等奖） 252
1 摘要 253
2 引言 253
3 系统方案 254
4 系统硬件设计 257
5 系统软件设计 263
6 系统评测与结论 269
7 系统创新 271
基于STM32F401单片机的四轴飞行器系统的设计
（三等奖） 273
1 摘要 274
2 引言 274
3 系统方案 275
4 系统硬件设计 276
5 系统软件设计 277
6 系统评测与结论 281
7 附录 281

1. 中国通信工业协会教育分会2022年会议论文集 [主编 中国通信工业协会教育分会]
2. 电路设计与PCB制作实操教程 [主编 周永宏]
3. Altium Designer 20 电路设计案例教程 [主编 王静 谢蓉]
4. 珍惜大学好时光 [余明友]
5. 电子设计与制作简明教程（第二版） [主编 邓延安]
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7. Altium Designer 17电路设计案例教程 [主编 王静]
8. ARM/ST全国大学生智能设备创新大赛参赛指南及获奖作品案例实战（2016） [亿科未来]
9. 通信电子线路 [主编 韩伟]
10. 模拟电子电路分析与应用 [主编 董圣英 闫学敏]
11. 数字电子电路分析与应用 [闫学敏 董圣英]
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13. 城市图书馆建筑研究 [周进良]
14. 电子设计与制作简明教程 [邓延安]
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16. Altium Designer winter 09电路设计案例教程 [王静 主编]