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人工智能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

一、平臺(tái)概述
    LGWL-FT02型 人工智能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一款人工智能教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、智能應(yīng)用的開發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)基于視覺、嗅覺、觸覺、聽覺等感知信息，利用計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別、計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，結(jié)合IOT傳感器及執(zhí)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)行業(yè)智慧化應(yīng)用。
平臺(tái)架構(gòu)如圖所示：
 
二、平臺(tái)組成
平臺(tái)主要由硬件、軟件、教學(xué)資源三部分組成。
1、硬件部分采用F-Table實(shí)驗(yàn)臺(tái)體，具有八個(gè)尺寸不同的插槽、一個(gè)可拆卸網(wǎng)板、小型信號(hào)示波器、3V/5V/12V電源插孔。插槽處用于安裝原理級(jí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，磁吸固定，探針連接信號(hào)（RS232、TTL UART、5V、3.3V）。網(wǎng)板支持商用級(jí)模塊磁吸安裝，導(dǎo)線連接。平臺(tái)支持靈活組合，可與人工智能Python主板、人工智能Android主板、智能網(wǎng)關(guān)通信，進(jìn)行IOT基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、人工智能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。外觀如下圖：
 
平臺(tái)人工智能主板、IOT傳感器、IOT執(zhí)行器的布局圖如下所示：
2、軟件部分包含人工智能在線教學(xué)平臺(tái)、語音識(shí)別小智機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。
（1）人工智能在線教學(xué)平臺(tái)提供WEB平臺(tái)，只需打開瀏覽器登錄到平臺(tái)，即可開始人工智能知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，從圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)、到機(jī)器學(xué)習(xí)模式識(shí)別、深入到Tensorflow框架人工智能深度學(xué)習(xí)，最后提供典型行業(yè)應(yīng)用案例，熟悉人工智能的開發(fā)過程；統(tǒng)計(jì)識(shí)別所需的時(shí)間、結(jié)果；提供在線實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)代碼，及開發(fā)者模式，有助于用戶自主開發(fā)。
人工智能教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面
（2）語音識(shí)別小智機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)采用第三方AI SDK，完成自然語言喚醒、語音合成、語義理解，實(shí)現(xiàn)聊天對(duì)話、百科問答等功能。同時(shí)，與云服務(wù)平臺(tái)通信，與人工智能平臺(tái)板載的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行綁定，即可實(shí)現(xiàn)語音遠(yuǎn)程采集環(huán)境參數(shù)，語音控制設(shè)備。
語音識(shí)別小智機(jī)器人主界面
3、教學(xué)資源包含
（1）人工智能web教學(xué)平臺(tái)python語言在線實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)代碼
（2）基于Android AI SDK的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)代碼。
三、功能特點(diǎn)
1. 支持多種人工智能和物聯(lián)網(wǎng)課程，如圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、嵌入式接口技術(shù)與傳感器、Android物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。
2. 支持C、Python、Android至少三種語言。感知層IOT傳感器及執(zhí)行器的采集控制采用C語言開發(fā)，基于Cortex-M3內(nèi)核。人工智能在線教學(xué)平臺(tái)（圖像處理、機(jī)器視覺、深度學(xué)習(xí)）采用Python語言，基于OpenCV機(jī)器視覺庫(kù)、TensorFlow深度學(xué)習(xí)框架、Caffe深度學(xué)習(xí)框架。語音識(shí)別小智機(jī)器人采用Android語音，調(diào)用第三方AI SDK，通過HTTP協(xié)議接入與云平臺(tái)，并與智能網(wǎng)關(guān)管理的IOT傳感器、執(zhí)行器綁定，實(shí)現(xiàn)語音采集傳感器、語音控制執(zhí)行器。
3. 支持python外設(shè)編程、通信編程、機(jī)器學(xué)習(xí)編程，如信號(hào)檢測(cè)與執(zhí)行器控制、python的網(wǎng)絡(luò)編程、機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)。
4. 支持在線實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)代碼、在線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將一次人工智能實(shí)驗(yàn)過程分解為實(shí)驗(yàn)手冊(cè)瀏覽（熟悉實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理）、實(shí)驗(yàn)代碼學(xué)習(xí)（實(shí)驗(yàn)代碼關(guān)鍵語句講解）、在線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等3個(gè)過程。
5. 支持離線圖片、實(shí)時(shí)視頻兩種處理方式。在線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支持從電腦中任選圖片，進(jìn)行識(shí)別；也可調(diào)用攝像頭，利用平臺(tái)AI核心算法，對(duì)視頻流進(jìn)行識(shí)別。
6. 實(shí)驗(yàn)過程、識(shí)別耗時(shí)、識(shí)別結(jié)果以LOG信息、目標(biāo)矩形框標(biāo)注、或語音播放的形式進(jìn)行展示。
7. 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字圖像處理功能，如灰度化、二值化、邊緣檢測(cè)、小波變換、形態(tài)學(xué)等。
8. 能夠?qū)崿F(xiàn)多種識(shí)別，如顏色、形狀等識(shí)別功能。
9. 能夠?qū)崿F(xiàn)人臉檢測(cè)、行人檢測(cè)、聚類分析等機(jī)器學(xué)習(xí)。如Adaboost人臉檢測(cè)、行人檢測(cè)、SVM人臉檢測(cè)、K-Means鳶尾花聚類等；
               行人檢測(cè)                                                         車牌識(shí)別
10. 能夠?qū)崿F(xiàn)涂鴉猜游戲、文字識(shí)別、物體識(shí)別、垃圾分類等深度學(xué)習(xí)?；赾affe框架、tensorflow框架實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，如圖所示。
                                       物體識(shí)別
11. 支持物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議MQTT、HTTP實(shí)現(xiàn)人工智能與IOT感知設(shè)備的連接。
12. 支持第三方AI SDK實(shí)現(xiàn)智能語音識(shí)別技術(shù)，如智能對(duì)話，問天氣、講故事、百科問答等，如語音查詢環(huán)境參數(shù)，語音控制照明燈、語音控制風(fēng)扇等。
13. 能實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別活體檢測(cè)，人臉識(shí)別門鎖控制功能。
14. 能夠嵌入式接口技術(shù)與傳感器、計(jì)算機(jī)通信，可通過上位機(jī)平臺(tái)查看傳感器采樣信息，如圖所示。
四、課程實(shí)驗(yàn)
課程類別 課程要求
1.人工智能概論 課程內(nèi)容 了解人工智能概念、發(fā)展歷史、
2.Python基礎(chǔ)編程 課程目標(biāo) 掌握Python基本編程方法
課程內(nèi)容 基于人工智能開發(fā)套件完成Python開發(fā)環(huán)境搭建，基本語法的入門，通信編程開發(fā)等。
課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1：開發(fā)環(huán)境安裝
實(shí)驗(yàn)2：數(shù)據(jù)類型
實(shí)驗(yàn)3：程序控制
實(shí)驗(yàn)4：函數(shù)類		 實(shí)驗(yàn)5：模塊和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)
實(shí)驗(yàn)6：文件和流
實(shí)驗(yàn)7：數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)編程
實(shí)驗(yàn)8：圖形用戶界面
3.數(shù)字圖像處理
實(shí)驗(yàn)課程		 課程目標(biāo) 理解圖像處理算法的原理
掌握數(shù)字圖像處理的常用方法
課程內(nèi)容 基于人工智能開發(fā)套件完成圖像處理視覺庫(kù)的安裝、圖像處理方法調(diào)用。
實(shí)驗(yàn)硬件 人工智能應(yīng)用開發(fā)套件
課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 Opencv視覺庫(kù)的安裝配置
實(shí)驗(yàn)2 圖像灰度化
實(shí)驗(yàn)3 歸一化
實(shí)驗(yàn)4 二值化
實(shí)驗(yàn)5 圖像濾波：高斯、中值		 實(shí)驗(yàn)6 邊緣檢測(cè)：Sobel/Canny/hog
實(shí)驗(yàn)7 形態(tài)學(xué)
實(shí)驗(yàn)8 灰度直方圖
實(shí)驗(yàn)9 銳化
實(shí)驗(yàn)10 鈍化
實(shí)驗(yàn)11 圖像增強(qiáng)
課程實(shí)訓(xùn) 實(shí)驗(yàn)1 顏色識(shí)別 了解顏色組成和表示方法；
使用Opencv庫(kù)識(shí)別顏色，并播報(bào)。
實(shí)驗(yàn)2 簡(jiǎn)單圖形形狀識(shí)別 了解霍夫變換的原理；
涉及圖像灰度化、歸一化、濾波、邊緣檢測(cè)等知識(shí)點(diǎn)；
使用Opencv庫(kù)識(shí)別圓形、矩形，并播報(bào)。
4.機(jī)器學(xué)習(xí)
應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課		 課程目標(biāo) 1.了解機(jī)器學(xué)習(xí)的分類：無監(jiān)督、有監(jiān)督
2.了解數(shù)據(jù)集的原理、作用、存儲(chǔ)格式
3.了解至少一種聚類算法如K-Means的原理：歐式距離、余弦距離曼哈頓距離計(jì)算方法；
4.了解至少一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法如Adaboost、SVM、決策樹等的原理：分類器的流程；
5.掌握聚類算法、分類器算法的調(diào)用方法
6.掌握分類器的檢測(cè)分類效果
7.掌握根據(jù)分類效果，進(jìn)行智能控制
8.通過增減數(shù)據(jù)集，掌握算法訓(xùn)練的全過程
課程內(nèi)容 能夠使用機(jī)器學(xué)習(xí)的算法，實(shí)現(xiàn)聚類、分類、以及能夠結(jié)合聲、光、電設(shè)備實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)控制
課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 鳶尾花聚類播報(bào)
實(shí)驗(yàn)2 臉部數(shù)據(jù)集分析顯示		 實(shí)驗(yàn)3 人臉檢測(cè)控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)4 行人檢測(cè)控制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)5 車牌識(shí)別
5.深度學(xué)習(xí)
應(yīng)用實(shí)驗(yàn)課		 課程目標(biāo) 1.了解深度學(xué)習(xí)的定義，與機(jī)器學(xué)習(xí)的區(qū)別
2.了解數(shù)據(jù)集的原理、作用，以及格式
2.了解至少一種深度學(xué)習(xí)算法的理論：如CNN、RNN、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
3.掌握至少一種深度學(xué)習(xí)框架的使用方法：如Caffe、TensorFlow
4.掌握使用深度學(xué)習(xí)方法實(shí)現(xiàn)識(shí)別的方法
5.掌握根據(jù)識(shí)別結(jié)果，進(jìn)行智能控制，如語音播報(bào)識(shí)別到的數(shù)字，語音播報(bào)識(shí)別到的物體名稱，控制聲、光、電執(zhí)行部件。
6.通過增加數(shù)據(jù)集，掌握算法訓(xùn)練的全過程。
課程內(nèi)容 能夠使用深度學(xué)習(xí)的方法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字、物體識(shí)別，使人工智能與物聯(lián)網(wǎng)感控設(shè)備聯(lián)動(dòng)
課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 手寫數(shù)字識(shí)別
實(shí)驗(yàn)2 涂鴉猜游戲		 實(shí)驗(yàn)3 物體識(shí)別
實(shí)驗(yàn)4 垃圾分類
6.自然語言應(yīng)用開發(fā)實(shí)驗(yàn)課 課程目標(biāo) 掌握使用人工智能平臺(tái)SDK完成語音識(shí)別技能
課程內(nèi)容 1）通過輸入的語音進(jìn)行識(shí)別，能夠支持整段音頻進(jìn)行識(shí)別以及流式語音識(shí)別。
2）整段文字識(shí)別，在用戶錄入整段音頻后，能夠?qū)⒎祷卣Z音的文字內(nèi)容。
3）流式識(shí)別可以實(shí)現(xiàn)邊錄音邊識(shí)別，并能在錄入過程中將識(shí)別的內(nèi)容同步顯示出來。
課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1 語音喚醒
實(shí)驗(yàn)2 語音合成		 實(shí)驗(yàn)3 語義理解
實(shí)驗(yàn)4 文字識(shí)別
7.嵌入式接口技術(shù)與傳感器系列 課程目標(biāo) 掌握單片機(jī)傳感器原理開發(fā)
課程內(nèi)容 1.溫濕度傳感器實(shí)驗(yàn)
2.光敏傳感器實(shí)驗(yàn)
3.pm2.5傳感器實(shí)驗(yàn)
4.結(jié)露傳感器實(shí)驗(yàn)
5.超聲波傳感器實(shí)驗(yàn)
6.紅外反射傳感器實(shí)驗(yàn)
7.霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)
8.稱重傳感器實(shí)驗(yàn)		 9.九軸傳感器實(shí)驗(yàn)
10.熱釋紅外傳感器實(shí)驗(yàn)
11.振動(dòng)傳感器實(shí)驗(yàn)
12.聲音傳感器實(shí)驗(yàn)
13.紫外線傳感器實(shí)驗(yàn)
14.環(huán)境光傳感器實(shí)驗(yàn)
15.紅外對(duì)射傳感器實(shí)驗(yàn)
16.顏色識(shí)別傳感器實(shí)驗(yàn)
8.嵌入式Android系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā) 課程目標(biāo) 掌握Android物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)方法
課程內(nèi)容 1.網(wǎng)關(guān)接入云平臺(tái)配置
2.ModbusRTU通信協(xié)議的解析
3.平臺(tái)JSON數(shù)據(jù)包重組		 4.MQTT協(xié)議分析與測(cè)試
5.HTTP協(xié)議分析與測(cè)試
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