科普知识:Arduino助力人工智能机器人课程

发布时间 2023-10-15 18:23:52作者: 一郎哥哥

一、课程目标

初级课程主要面向大学通识课程、中小学教师,通过教师讲解了解机器人的发展、基本原理、关键技术以及与人工智能的关系和发展,通过文献调研对机器人领域形成自己的认识,通过课堂协作、竞赛任务完成实践对机器人的设计、控制和优化。共计32学时。

1、Arduino的优势

比如你刚开始学习编程,或者没有编程基础又很想做一些电子产品时,Arduino是很好的一个选择。

  1. 学习Arduino 单片机可以完全不需要了解其内部硬件结构和寄存器设置,仅仅知道它的端口作用即可;可以不懂硬件知识,只要会简单的C语言,就可用Arduino 单片机编写程序。(针对初学编程者 )
  2. Arduino 软件语言仅仅需掌握少数几个指令,而且指令的可读性也强,稍微懂一点C语言即可,轻松上手,快速应用。(针对初学编程者 )
  3. Arduino 的理念就是开源,软硬件完全开放,技术上不做任何保留。针对周边I/O设备的Arduino 编程,很多常用的I/O 设备都已经带有库文件或者样例程序,在此基础上进行简单的修改,即可编写出比较复杂的程序,完成功能多样化的作品。(针对DIY,做绚丽作品 )
  4. Arduino 由于开源,也就意味着从Arduino 相关网站、博客,论坛里得到大量的共享资源,在共享资讯的辅助下,通过资源整合,能够加快您创作作品的速度及效率。(针对毕业设计 )
  5. 相对其他开发板,Arduino 及周边产品相对质廉价优,学习或创作成本低,重要一点是:烧录代码不需要烧录器,直接用USB线就可以完成下载。(针对所有想玩电子编程者 )

2、arduino和单片机的区别

1、Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)。由一个欧洲开发团队于2005年冬季开发。其成员包括Massimo Banzi、David CuarTIelles、Tom Igoe、Gianluca MarTIno、David Mellis和Nicholas ZambetTI。

它构建于开放原始码simple I/O介面版,并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个主要的部分:硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板;另外一个则是Arduino IDE,你的计算机中的程序开发环境。你只要在IDE中编写程序代码,将程序上传到Arduino电路板后,程序便会告诉Arduino电路板要做些什么了。

通俗的讲:arduino就是主要以以AVR单片机为核心控制器的单片机应用开发板(当然也有其他核心的例如STM32版本的但是不是官方的,还有intel的伽利略),或者是学习板啥的,但是Arduino开发人员开发了简单的函数,还有许多应用库,这样就不用直接去操作寄存器了,使得没有很好的单片机基础的人员也可以使用Arduino做出自己想要的东西。Arduino的开发人员还开发了一个简洁的IDE(集成开发环境)也就是写代码,编译,调试,下载的上位机软件。

2、单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代,由当时的4位、8位单片机,发展到现在的300M的高速单片机。

3、arduino是一个单片机系统,核心是ATMEGA系列单片机,配上一些周边器件,安装在一款印刷电路板上,能够独立完成设定功能。而单片机就是一块芯片,无法在没有周边器件的情况下单独完成既定功能。

二、课程大纲

机器人发展现状(3学时)

讲述机器人的发展历史、知识体系和行业应用,融合人工智能一些东西,演示实验室机器人的能力,分工调研机器人竞赛。自我探索MakeBlock小车

传感器与Arduino(3学时)

Arduino是开源硬件,用于创新设计的较好选择。与众多教育机器人采用机器人大脑同宗。对其有个基本了解,有助于认识更高级的电子硬件、机器人设备。

Scratch(3学时)

近些年影响极大的青少年或非专业编程工具。众多机器人平台都提供了类似的图形化编程。分享大家了解的竞赛。

乐派小车模式(24学时)

第一次课-基础(6学时)

  • 设计机器人竞赛规则和竞赛场景
  • 了解乐派机器人的特点和构造:主机、结构与控制、组建机器人小车形态
  • 传感器:超声、触碰、主机九轴(陀螺、地磁、加速度)、颜色+红外、测温+热释

第二次课-小实验(为大实验做准备,9学时)

  • 颜色检查、标签检测、图像采集、人脸检测、人脸识别、目标检测、图像分类、二维码扫描、听觉(录音、播放、语音识别、语音合成)
  • 视觉巡线(颜色检查)
  • 巡线、路口、红绿线检测、左转、右转

第三次课-为竞赛准备(3学时)

  • 调试,学生自己准备

第四次课-综合实验(比赛:3学时)

  • 小组协作完成相关竞赛并评分(期末分数)

第五次课-机器学习(3学时)

  • 自己训练,手势、语音控制
  • 演示四足机器人形态等
  • 课程总结等

三、相关互联网资源