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【掌控未来智造营 】树莓派与掌控板虚谷物联——掌控智能无人小车


掌控板课程设计大赛——掌控智能无人小车

课题名称:SIOT|树莓派与掌控板虚谷物联——掌控智能无人小车

教师姓名:康留元

年级: 高一以上学生

课时:2课时, 每节课40分钟

教学内容分析:

一、学生分析:

高一学生有一定的计算机基础,但是对算法、编程有一定的陌生,对AI人工智能并不了解,但是高中生对新技术很好奇 、新知识很感兴趣 ,渴望通过学习创造出自己的作品,需要老师正确的引导和讲授。

二、教学目标

知识与技能:

1、掌握在百度AI网络平台建立图像识别模型,

2、学会在图像模型进行训练和发布,获取图像识别API和Secret。

3、认识 mPython软件中无线网络wifi、MQTT等模块使用,

4、了解运用虚谷物联实现树莓派和掌控板的过程。

5、掌握在树莓派建立虚谷物联SIOT 的方法和爬虫模块的使用。

过程与方法

1、让学生在体验、探究、讨论、小组合作等教学过程中掌握课程的核心知识内容。

2、通过多元生态的教学方法让学生体验到学习课程的乐趣,充分激发创新思维、科学思维、计算思维。

3、教学过程体现“激-探-创”的课堂模式,努力实现多学科交叉的自然融合。

4、教学设计必须来源于生活,应用于生活,课堂实施过程中以学生的兴趣点、关注点切入,真正落实理论与应用的紧密关联,实现学以致用的课程目标。

情感态度与价值观

1、培养学生理性看待机器学习的发展趋势,懂得机器学习的健康发展必须遵循相关社会法制、伦理规范。

2、重在培养学生的信息素养、自主探究学习能力、实践能力、小组协作能力。

3、采用项目式小组协作实践教学方法,充分激发学生的团队荣誉感和自我成就感。

4、面对学习过程中的困难,培养学生勇于钻研、勇于创新的核心学科素养。

三、重难点:

1、教学重点:

如何建立虚谷物联SIOT 的方法

2、教学难点:

百度AI平台注册添加图片识别模型,训练模型,获取APPID和APIKey方法

3、教学策略的选择与设计:

通过机房锐捷云桌面软件系统,将教学资源上传学生空间,学生自主学习,小组相互讨论,老师引导,学生展示

四、教学环境及资源准备

1、硬件:

掌控板V1.0 http://www.dfrobot.com.cn/goods-1902.html

树莓派pi3B https://www.dfrobot.com.cn/goods-1766.html

2、软件:

mPython https://mpython.cn/mPython/software

GWD平台 http://www.gdwrobot.cn/

3、相关资料:

掌控板:https://mpython.readthedocs.io/zh/latest/board/index.html

mPython 使用说明https://mpythonsoftware.readthedocs.io/zh/latest/

盛思开发的掌控板课程:https://www.labplus.cn/forum

DFrobot掌控板论坛:https://mc.dfrobot.com.cn/forum-168-1.html

五、教学过程

1、导入新课:

无人驾驶指的是车辆无需司机操控,完全自主行驶的技术。无人驾驶技术最终将改变我们的社会形态,其意义堪比历史上蒸汽机、电力能源的普及。2019年9月,由百度Apollo与一汽红旗联合打造首批L4级自动驾驶量产乘用车。标志着中国力量在竞争逐渐白热化的全球无人驾驶产业正式“崭露头角”,开始与各国顶尖高手同台竞技。作为新时代的青少年,我们也有梦想,接下来请同学们观看老师播放作品视频——《掌控板智能无人驾驶的小车》。

设计意图:

让学生感受中国无人驾驶的魅力,人工智能的发展,通过展示作品,吸引学生的兴趣


2、上机目标

(1)、在百度AI网络平台建立图像识别模型:https://ai.baidu.com

(2)、学会对图像模型进行训练和发布,获取图像识别API和Secret

(3)、掌握在树莓派建立虚谷物联SIOT 的方法和爬虫模块的使用。

(4)、 掌握用mPython软件中图形块接受到不同指令对小车运行状态进行编成。


3、使用器材

(一)、硬件:

1.树莓派3B(含电源 ) X1

2.古德微树莓派镜像2.2.1 X1

3.树莓扩展板 X1

4.摄像头 X1

5.音响 X1

6.掌控板 X1

7.掌控扩展板(千里马) X1

8.无线路由器 X1

9.1.3英寸OLED屏 X1

10.LED灯 X1


(二).软件:

1.古德微编程平台

2.mPython0.2.2


4、原理

在百度AI平台,建立交通图片识别模型,获取API和Secret,通过树莓派摄像头采集交通图标信息,一方面通过OLED屏显示交通图标,一方面利用百度AI图像识别比对,将识别的结果反馈给树莓派;通过虚谷物联SIOT,树莓派发出相关交通指令控制小车的运行状态 。


5、教环境部署:

1、在百度AI平台,建立交通图片识别模型,获取API和Secret;获取识别交通图片图片接口。

(1).在百度平台中,选中图像分类选项。


(2).在图像分类中创建交通图像模型;


(3).导入52张交通图标数据采集


(4).训练图片模型


(5).发布图片模型,获取图片模型接口,接口地址一定记住!


(6).获取交通图片模型的API和Secret



(7)配置百度ai交通图像使用权限


(8)手机模拟识别交通图标


2.建立虚谷siot平台,树莓上电开机(树莓通过WIFI接入互联网),电脑登录古德微编程平台


(1).进入软件平台,登录帐号,连接树莓,在设备控制界面,连接设备,服务器建立 。

说明:树莓派网络IP地址192.168.0.106要记住。


(2).进入树莓派,左侧积木块物联网--常用--开启SIOT


(3).进入树莓派,在浏览器输入http://树莓IP:8080

帐号:siot

密码:gdwrobot


(4).设备列表,找到kangliuyuan/car查看收到消息


(5).左侧大数据块----爬虫块,获取百度api 、secretkey


6 、编写程序:

1、GWD树莓派程序:http://www.gdwrobot.cn/


左侧智能硬件块中——添加OLED 屏幕模块


左侧多媒体块中——添加图片模块


初始相关参数,开启虚谷物联服务器和OLED 屏幕


编程:当按钮按下,led灯点亮,百度ai开始识别,输出比对的可信度值0-1之间

输出显示分类的结果、可信度值 ,等待0.3s,循环等待0.1s,避免CPU占用过高,程序容易死机。



当可信度大于0.4是,向服务器[kangliuyuan/car识别成功,发出相关小车运行指令,否则重新识别!


7、mPython小车程序

打开掌控板mPython,串口:com26连接。


左侧---分别添加Wi-Fi块,


左侧---扩展块,应用扩展:MQTT


左侧---Bluebit块,扩展板直流电机


如果收到qinajin,小车50向前运行,

如果收到tingzh,小车停止,如果收到down,小车50向后运行,


如果收到left,小车向左运行,如果收到right,小车50向右运行,

学生展示,老师观察,学生分小组讨论,让小组学生代表展示

设计意图:

发挥学生的主体作用。

老师点评 优秀学生表扬,不足进行点评 小组互评

设计意图:

发挥老师引导学生的作用

六、教学评价设计

对全体同学进行评价,通过本节课学习,同学明白虚谷物联的原理,在GDW平台借助百度ai图像识别交通图标控制小车,学生将学习到的知识学以致用,学习--实践----观察---学习---提高,操作的都很棒,尤其是百度组全体组员配合默契,分工明确,效率最高,其中奇艺组李晓明同学最先操作完成,给全体学生进行了讲解很棒!!!

同时,通过学生亲自造一台无人驾驶 的小车,学中做 ,做中学,学习是幸福,知识是有力量的,相信不远的将来,我们的孩子将来成为一名无人驾驶的设计师,相信中国的无人汽车走出国门面向世界,少年中国,加油吧!


七、知识拓展

SIOT虚谷物联

概念:为教育定制的跨平台的开源MQTT服务器程序,S指科学(Science)、简单(simple)的意思。

特点:SIoT为“虚谷物联”项目的核心软件,支持多种操作系统,一键启动,无需用户注册或者系统设置即可使用。只要启动这一程序,普通计算机(包括拿铁熊猫、虚谷号和树莓派等微型计算机)就可以成为标准的MQTT服务器。支持WebAPI。系统系统了完善的WebAPI,方便各种软件调用,支持Scratch、Python等中小学生常用的编程软件调用。

八、视频回放



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