今年的嵌赛已完美收官，创意纷呈、场景丰富的作品仿佛点燃了万千芯火，激发出嵌入式学习的新沸点。
其中，由来自湖南工业大学彭鹏、李可、文艺兴三名同学组建的我为MI 汽车代言队设计的新能源汽车无线充电桩不仅取得全国一等奖的好成绩，还获得应用赛道企业奖项——ST杯。系统采用意法半导体STM32G474作为主控，自制无线线圈和三维平台，搭建了一套由 DC-DC 变换器组成的电动汽车无线充电桩系统，经测试实现了600W 非接触式能量传输，整体效率达到90%。

▲ 系统框图

STM32G474如何帮助他们取得如此出色的指标？设计过程中遇到了哪些难点，他们又是如何克服的？带着这些问题，我们连线了三名队员，希望给更多高校的学子们参考借鉴。


该项目采用两片STM32G474，分别作为DC-DC变换器原边逆变器和副边整流桥的主控芯片，充分利用其内部资源，包括高精度定时器以及过采样 ADC等实现了低功耗高效率的设计。原边逆变器采用移相控制和 PI 算法进行调节，副边整流桥采用不控整流方案，贴合实际应用中的低成本和简便性。整个系统采用SS 补偿结构，并匹配谐振网络参数，实现恒定电流输出。同时项目还搭建一套三维平台进行 X、Y、Z 三轴移动模拟电动汽车无线充电场景，三维平台上放置发射线圈，采用机器视觉控制，可对接收线圈位置自动追踪和校准，实现高效率的无线电能传输（WPT），并模拟对电动汽车进行无线充电。

▲ 整体系统正面及侧面图

▲ 原边系统框及副边系统框电路实物图

▲ 框架图

相对与传统有线充电，无线充电技术具备使用方便、安全，电气隔离无触电危险，无机械接触磨损损耗和相应的维护问题，可适应多种恶劣环境和天气。通过三维平台运动技术，可实现电动汽车在车位停车时，无需精准对准车位便可实现无线充电。无需人工操作，即停即充、即走即停，具有极大的便捷性。此外电动汽车无线充电技术还可以与可再生能源系统集成，实现车网互动（V2G），即电动汽车不仅可以从电网中获取电能，在电网负荷量较大时还可以将电能反馈到电网中，同时获取一定的经济收益。


在团队分工上，整个系统的硬件设计及搭建由彭鹏完成，李可负责软件部分编写，视觉模块由文艺兴通过FPGA实现。


STM32G474：专为数字电源应用而优化
“低功耗，低成本，专为电源应用而优化的丰富特性，这是我们选择它的主要理由。” 队员们表示。
彭鹏说，STM32G474工作频率最高可达170 MHz，内核带有单精度浮点运算单元 (FPU)；移相控制需要用到PWM波，PWM频率和占空比精度可达到184ps，高精度时钟频率最高可为170MHz主频的32倍，达到5.44GHz。这对开关电源来说是非常大的优势。此外，ADC过采样模式，大大提高了ADC分辨率，让采样更精准。这些特性也是对于电源应用来说特别突出的优点。


他还强调，STM32G474低功耗的特点对于电源应用来说是非常吸引人的，对于提高整体系统效率做了非常大的贡献。


李可在软件方面感触颇深。他说，ST这款产品针对系统设计集成了很多功能和特性，开发者不用在外设方面花费太多时间，只需专注自己的应用需求即可。


新手友好的开发生态
做一个新的项目，总会遇到棘手的问题，李可说，软件部分遇到的问题就是由于对STM32G474的外设不太熟悉。他们通过查阅大赛提供的各种资料，包括参考手册，用户手册，例程，根据自己的需求进行参考借鉴，再进行调试，最后达到自己的目的。
ST的STM32CubeMX底层配置非常方便，可以直接生成代码，不需要对计算机进行额外配置。无论库函数的编写逻辑，还是图形化界面设计和代码移植都很方便，学习成本也比较低。


彭鹏的体会是，STM32 MCU整个生态系统对于开发者的支持很全面，在官网或中文社区里就能找到相关资料，基本上不需要再去研究这些资料，就可以解决设计中的疑问。因此相对于其他厂商，STM32开发难度较低，对于初学者特别友好，也为项目开发节约了大部分时间。


年轻的老用户
尽管队员们还在读大三，但已经是STM32 MCU的老用户了。
彭鹏说，学校组织有专业社团，队员们在大一就通过培训接触到ST的MCU产品，比如STM32F1、STM32F4等进行简单的项目开发。


李可通过学长推荐学习使用STM32F103C8T6系统板，当时就觉得小巧可爱，新手友好，学得很开心，很有成就感。随着学习逐渐深入，又了解到 STM32F4，STM32F7，STM32H7，以及STM32G4系列，并接触到STM32CubeMX。


可以看出，学校为同学们学习STM32MCU也提供了很好的支持和帮助，提供固定的实验室，并配备齐全的设备。每个学院都有专门的创新创业实验班，学生通过考核后，就有机会进入双创实验班学习，导师还会为同学提供资金及设备支持去开发制作各种项目。


嵌赛收获满满
“实践大于理论。” 这是李可的参赛感悟。
在项目设计中，必定会涉及到一些未知的知识领域，比如自动控制或机械设计，队员们的办法就是集中攻关跟项目密切相关的知识，进行高效的学习和整合，同时也提高了团队协作、动手和解决问题的能力。


对于这些参赛老手来说，嵌赛还带给他们不一样的感受，那就是它对整个系统的完成度、集成度要求更高，更重实际应用，更接近于企业里一个真实的项目。所以当同学们进入职业生涯，成为一名真正的嵌入式研发工程师的时候，就可以立刻上手，这是非常有意义的。


芯火征途，未来可期。嵌赛以其重应用、推创新的宗旨为广大莘莘学子提供了学习和展示自己的广阔舞台，未来将有更多具有创新思维、团队合作精神、解决复杂工程问题能力等新工科要求的优秀人才从这里涌现，并奔赴美好的“芯”未来。