樹莓派智慧專案設計：Raspberry Pi 4 Model B上的Python實現

第1章 樹莓派安裝使用1
1.1燒寫鏡像文件至SD卡2
1.1.1格式化SD卡2
1.1.2燒寫鏡像文件3
1.2啟動樹莓派4
1.2.1通常情況4
1.2.2開機直接進入樹莓派系統的情況7
1.3PuTTY7
1.4VNC Viewer10
1.4.1通常情況10
1.4.2無法連接VNC的情況11
1.4.3解析度不匹配情況12
1.4.4樹莓派功能表配置13
1.5檔案傳輸14
1.6Linux常用命令與文本編輯15
1.6.1常用命令15
1.6.2檔與目錄管理15
1.6.3文本編輯16
 
第2章 程式設計基礎19
2.1Python快速入門19
2.1.1Python程式編寫19
2.1.2方法20
2.1.3迴圈21Ⅳ樹莓派智慧專案設計: Raspberry Pi 4 Model B上的Python實現目錄Ⅴ2.1.4分支21
2.2Python語法基礎23
2.2.12量24
2.2.2值和類型25
2.2.3結構體28
2.2.4控制程式流程31
2.2.5函數35
2.2.6類36
2.2.7模組39
2.3OpenCV基礎41
2.3.1圖像讀寫42
2.3.2影像處理44
2.3.322捕獲53
2.3.4保存2254
2.3.5人臉檢測54
2.3.6給人臉帶上表情56
2.3.7人臉比對58
2.3.8運動檢測61
2.3.9KNN背景分割器63
 
第3章 樹莓派的GPIO65
3.1LED67
3.1.1七彩LED673.1.2雙色LED68
3.1.3RGB LED74
3.2繼電器77
3.3鐳射發射模組80
3.4開關82
3.4.1輕觸開關82
3.4.2傾斜開關85
3.4.3振動開關88
3.4.4幹簧管90
3.4.5觸摸開關93
3.5U型光電感測器96
3.6蜂鳴器99
3.6.1有源蜂鳴器99
3.6.2無源蜂鳴器101
3.7模擬感測器106
3.7.1模數轉換感測器106
3.7.2雨滴感測器110
3.7.3PS2操作杆113
3.7.4電位器117
3.7.5霍爾感測器120
3.7.6類比溫度感測器123
3.7.7聲音感測器125
3.7.8光敏感測器129Ⅵ樹莓派智慧專案設計: Raspberry Pi 4 Model B上的Python實現目錄Ⅶ
3.7.9火焰感測器131
3.7.10煙霧感測器134
3.8超聲波感測器138
3.9旋轉編碼感測器140
3.10陀螺儀加速度感測器143
3.11紅外避障感測器146
3.12循跡感測器149
3.13數字溫濕度感測器151
 
第4章 實踐專案: 智能車輛156
4.1智慧車輛結構及連接方式簡介156
4.1.1智慧車輛結構簡介156
4.1.2智慧車輛連接方式157
4.2智慧車輛視覺巡線157
4.2.1視覺巡線理論基礎及程式簡介158
4.2.2視覺巡線實操162
4.3智慧車輛深度學習自動駕駛164
4.3.1深度學習自動駕駛理論基礎及程式簡介
164
4.3.2深度學習自動駕駛實例171
 
第5章 實踐專案: 機械手掌174
5.1連接與控制1755.1.1遠端連接機械手掌175
5.1.2程式架構175
5.2顏色分類176
5.3顏色跟蹤178
5.4人臉檢測178
5.5石頭剪刀布179
5.6手勢識別180
 
第6章 實踐專案: 視覺人形機器人182
6.1專案啟動182
6.2自主巡線183
6.3點球射門184
6.4雲台跟蹤186
6.5物品識別187
6.6手勢交互188
 
參考文獻190
 
 

前言

人工智慧是國家新興戰略產業中資訊產業發展的核心領域。作者團隊在校企合作教書育人過程中，通過與企業工程師共同探討，選用開源軟硬體進行基於樹莓派的智慧車輛、機械手掌、視覺機器人等人工智慧專案的設計和製作，完成了基於人工智慧應用場景的實踐教學，經過近幾年卓越工程師班的教學實踐，教學良好。

本書由上海電力大學“嵌入式智慧技術”產教融合教學團隊編寫，是上海市2019年高校本科重點教學改革專案“基於人工智慧應用場景的產教深度融合實踐教學改革與探索”的成果，也是2019年上海市高水準應用型大學建設上海電力大學重點教改專案“新工科背景下卓越工程師培養模式探索”的成果。

本書共分6章，前3章主要講解基本知識，後3章進行項目實踐，具體如下。

第1章介紹樹莓派的安裝使用。

第2章介紹Python程式的編寫和OpenCV的基礎內容，包括人臉檢測、人臉比對、運動檢測等內容。

第3章介紹如何使用樹莓派的GPIO與硬體的交互，包括LED、繼電器、蜂鳴器、各類開關、各類類比感測器和數位感測器等內容。

第4章介紹智慧車輛實踐專案，通過深度學習實現智慧交通，具體包括類比車輛智慧視覺巡線及無人自動駕駛，通過圖像預處理及相應演算法獲取車道線及障礙物資訊，以及根據路徑規劃實現車輛的自主導航。

第5章介紹機械手掌實踐專案，通過智慧視覺識別功能，實現顏色識別和跟蹤、人臉檢測、手勢識別等功能。

第6章介紹視覺人形機器人實踐專案，通過黑線識別實現自主巡線，通過圓形識別實現點球射門，通過單色物體識別實現雲台跟蹤，通過多色物體識別實現物品識別，通過手勢識別實現交互。

實踐項目案例會不斷更新，有興趣的讀者可以與作者進行探討。

由於作者能力有限，書中難免有所遺漏，懇請同行專家及讀者批評指正。
 
作者
2020年12月