实验活动——自动驾驶
一、实验目的及任务
1.认识计算机视觉技术，通过AI摄像头识别图像；
2.认识图像识别中的路标识别，实现车辆对路标进行识别；
3.学会将AI摄像头、循迹传感器和颜色识别相结合，实现小车自动驾驶的功能。
二、实验内容
自动驾驶主要包括两个实验模块。
①小车循迹驾驶：在没有识别到道路的路标情况下，小车沿着循迹线自动驾驶；
②小车根据路标驾驶：小车在驾驶过程中，如果识别到道路上的路标，小车根据路标指示自动驾驶。
三、实验准备
编程软件：mPython编程软件
实验设备：计算机与实验模块（见下表）
四、预备知识
①认识硬件主控——掌控魔盒
掌控魔盒采用掌控板作为主控，可拔插，同时集成人体红外、旋钮电位器、RGB 灯环、温湿度、五向按键、按键、TT 马达、超声波、循迹等多种输入输出设备，塑胶一体式外壳，长宽不大于 136*88mm，内置 2200mAh 大容量可充电锂电池，方便脱机运行。掌控魔盒集成多种拓展接口，支持 I2C、SPI 通讯，支持舵机驱动，兼容各种电子模块。 配套小车配件，插上万向轮和轮胎可变成一台支持循迹、避障、遥控的小车，支持拓展，兼容乐高积木，可完成多种创意应用。
②路标识别
路标识别是计算机视觉技术中图像识别的一个应用，路标识别系统包括图像的采集（获取）与预处理、图像（路标）检测、图像分割（路标定位）、特征提取、模式分类（路标识别）等部分。路标识别的原理概括如下图所示：
③软件准备
选择主控模式。打开mPython编程软件，点击菜单栏右上角的“设置”按钮，依次点击“高级设置”—“更换主控”—“掌控魔盒”选项，之后关闭更换主控窗口。
五、实验步骤
1.小车循迹驾驶
任务介绍：利用掌控魔盒上的循迹传感器，实现小车巡线。
学习目标：使用循迹传感器检测道路上的循迹线，小车能够根据循迹线实现直线驾驶、左转、右转和停止。
实验设备与模块：电脑*1，掌控魔盒*1，掌控魔盒内置的循迹传感器*1，Type-C数据线*1，自动驾驶地图*1。
实验步骤：
Ⅰ. 程序编写。如果小车的循迹传感器检测到左侧为黑线而右侧为白线，小车左转，反之，则右转；如果循迹传感器的两侧均检测到白线，小车停止；否则小车直线前进。
2. 小车根据路标驾驶
任务介绍：通过AI摄像头识别路标以及颜色传感器进行颜色识别，实现小车根据路标指示自动驾驶。
学习目标：认识图像识别中的路标识别，学会将AI摄像头、循迹传感器和颜色识别相结合，实现小车自动驾驶的功能。
实验设备与模块：电脑*1，掌控魔盒*1，掌控魔盒内置的循迹传感器*1，颜色传感器*1，AI摄像2.0*1，AI摄像2.0外置摄像头*1，连接线*2，Type-C数据线*1，自动驾驶地图*1。
实验步骤：
Ⅰ.自动驾驶硬件连接图。
Ⅱ. 加载“AI摄像头2.0”扩展程序。
在指令扩展区点击“添加”，点击“AI”，找到AI摄像头2.0的扩展程序，点击“加载”即可。
Ⅲ.程序编写。
初始化AI摄像头，并定义线程，对路标识别进行初始设置，创建多个变量存储相关数据（result存储识别结果；check_left存储左转路标的检测结果；check_right存储右转路标的检测结果；check_stop存储停止路标的检测结果；state存储路标识别状态）。
定义函数value_init、stop、right、left以定义功能，分别设定函数完成特定操作，方便重复调用。
在小车没有识别到路标的状态下（即state=0），小车执行巡线驾驶的功能，当识别到地面的红色，小车则停下，进入路标识别状态。
如果小车处于路标识别状态（即state=1），判断识别结果，当识别到左转路标，小车左转；反之，识别到右转路标，小车右转。
同理，小车识别到停止路标，小车就停止。
自动驾驶完整的参考程序如下：
实验效果：运行程序，将小车放在自动驾驶地图上，小车会巡线驾驶，当识别到左转路标，小车左转；当识别到右转路标，小车右转；当识别到停止路标，小车停止。
参考程序：