人工智能综合实验平台,安全培训特种作业低压电工实操设备

系统包含六自由度机械臂、宽动态*视觉摄像头、Jetson Nano边缘处理终端17.3寸边缘计算显示单元、机器视觉场景应用资源包、可模拟人工智能典型应用场景，实现人工智能应用技术教学实验。

教学平台系统预装Ubuntu18.04操作系统，所有环境代码库文件均已安装，开机即用。基于多维度学习实践平台，由浅入深循序渐进，从基础单独的GPIO扩展开始学习过渡到传感器实验项目再进入OpenCVPyTorch、ROS系统，机器运动学，*机器视觉，*语音识别听觉等学习，从而学会*人工智能开发。

所提供的算法源代码（包括人脸检测、车牌识别、垃圾分类、目标检测），兼容Caffe/TensorFlow/MXNet训练模型和API，可以让学生对机器视觉的流程、处理方式等有更好的了解，熟悉相关算法，了解实际应用场景，贴近工程化应用。

1、JetsonNano边缘计算平台

NVIDIA Jetson Nano是一个小巧却功能强大的计算机，它可以让你并行运行多个神经网络、对象检测、分割和语音处理等应用程序,Jetson Nano搭载四核cortex-A57处理器，128核MaxwellGPU及4GB LPDDR内存，带来足够的*计算能力,提供472GFLOP算力,并支持一系列流行的Al框架和算法，比如TensorFlow、Pytorch.caffe/caffe2、Keras、MXNET等

2、机器视觉(机器臂)

视觉机械臂以Jetson nano为主控，Open Source CV为图像处理库，以主流的Jupyter Lab为开发工具,使用Python3为主要编程语言。摄像头与机械臂机身一体式设计，“手眼合一”的视觉识别让机械臂显得更加灵动，它不仅可以实现颜色识别追踪与抓取，还能人体特征识别互动，甚至进行垃圾分类模型训练垃圾分拣;通过RO5机器人操控系统，简化了6自由度串行总线舵机复杂运动控制。

1080P摄像头：感光元件尺寸：1/237”最高有效分辨率：1928*1088;数据格式：YUY2/MJPG;像素大小：3.0μm*3.0μm;宽动态范围：96DB;自动控制：饱和度，对比度，锐度，白平衡，曝光。

机械臂：Cortex-M3内核的处理器控制板，自由度桌面式机械臂，大功率串行总线智能舵机，臂展350mm，负载≥300g，带夹爪，阳极氧化处理铝合金机身，主要用于工业机械臂的控制。支持python编程，可灵活和精准调节每一关节角度和位置；支持PC上位机、手机APP、USB游戏手柄控制；

3、语音识别-麦克风阵列

麦克风阵列是基于MSM261S4030H0数字麦克风芯片设计的，模块声音识别灵敏度、信噪比都比较高，可应用于声源定位、语音识别、波束成型等需求场合。

1. :RISC-V Dual Core 64bit,with内核,主频400MHz,8M Byte,内置语音识别麦克风阵列(8mics),网络模型:支持YOLOv3 \ Mobilenetv2 \ TinyYOLOv2,支持TensorFlow/Keras/Darknet/Caffe等主流框架

2. 麦克风:6+1个MSM261S4030H0组成阵列（声压级:140 dB SPL，灵敏度:-26，信噪比: 57dB，THD<1%，时钟频率:1.0-4.0MHz正常模式，150-800kHz低功耗模式）

2.灯光:12个LED通过双信号线级联（颜色和亮度可调)

3.支持声源定位、语音导航、语音交互、离线语音识别。

4、激光雷达

相较于传统技术，利用红外激光设备可实现超大屏幕的多点触摸，其反应更快、精度更高、抗环境光能力更强。激光雷达作为核心传感器，可快速获得环境轮廓信息，配合SLAMWARE使用，可以帮助机器人实现自主构建地图、实时路径规划与自动避开障碍物。应用领域智能扫地机、家用机器人。

测量半径：12米，测量频率：8000次/秒，扫描频率：5.5HZ，360度扫描测距

工程应用方向

1. 计算机视觉基础应用与机械臂的运动控制

   （1）视觉定位：放置任意物体在视野中，在图像中将其分割（框出来），并输出中心点坐标；

（2）颜色识别和分选：多种颜色混合放置于视野中，每种颜色各一个，控制手臂挑选出某种颜色，并放置在一侧；

（3）颜色识别和堆叠：多种颜色混合放置于视野中，如两种，每种颜色两个，控制手臂抓取某种颜色并堆叠，或多颜色分别堆叠；

（4）形状识别和分选：多种形状混合放置于视野中，每种形状各个，控制手臂挑选出某种形状，并放置在一侧；

（5）形状识别和堆叠：多种形状混合放置于视野中，如两种，每种形状两个，控制手臂抓取某种形状并堆叠，或将多种形状分别堆叠；

（6）单一形状目标按大小排序：同种形状，放置三种不同尺寸的物体于视野中，控制手臂按照从大到小的顺序依次放置；

（7）多种形状目标同时按形状和大小堆叠：三种形状，每种形状放置三种不同尺寸的物体于视野中，控制手臂按照不同形状、从大到小的顺序分别进行堆叠（即三个堆垛，均为从大到小）；

（8）垃圾分类：在目标上贴上不同物体的图案，如白菜、标识为有毒物品的玻璃瓶、纸箱，混合放置于视野中，通过配置，控制机械臂按照厨余垃圾、有害垃圾、可回收垃圾进行分类；

（9）手势交互：比如伸出1、2、3、4个手指，机械臂分别执行向上、向下、向左、向右运动，伸出5个手指，则画一个圆；

（10）目标跟踪：操作者手持一个小球，机械臂识别该小球（形状或颜色），并--小球的移动而移动；

（11）OCR光学字符识别与排序：目标上贴上字符，乱序摆放（可要求字符必须朝同一个方向，但顺序是乱的），机械臂通过视觉识别，将其按照123456的顺序摆放到指定位置

2.计算机视觉与人脸识别、车牌识别等应用

（1）人脸识别：事先录入人脸，对新的人脸进行识别，识别成功弹出人员的信息，识别不到则提示该人员不在系统中；

（2）人脸门禁：识别到人脸后，打开门禁系统，同时绿色指示灯亮起，识别不到，黄色指示灯亮起，提示无该人员信息；

（3）人员入侵预警：同上。同一人脸连续识别超过 3 次，且均显示不在系统中，红灯亮起，同时蜂鸣器报警；

（4）车牌识别：事先录入车牌，对新的车牌进行识别，识别成功弹出车主信息，同时绿色指示灯亮起，识别不到则黄色灯亮起，并提示该车辆不在系统中；

（5）车辆入侵预警：同上。同一车牌连续识别超过 3 次，且均显示不在系统中，红灯亮起，同时蜂鸣器报警；

（6）运动目标识别与跟踪：采用视频实时识别的方式，对视野中的一个或多个人员进行识别，框出来，标记识别到的人员数量，并--人员的移动进行跟踪；

3.语音识别与智能家居系统

（1）智能门禁控制：预先对语音进行标记，通过配置语音指令和门禁系统控制算法，实现如发出“开门”的指令，门禁系统自动打开的动作；

（2）智能灯光控制：预先对语音进行标记，通过配置语音指令和灯光控制算法，实现如发出“开灯”的指令，灯光自动打开的动作；

（3）智能风扇控制：预先对语音进行标记，通过配置语音指令和风扇控制算法，实现如发出“打开风扇”的指令，风扇自动开启的动作；

（4）智能温湿度检测：预先对语音进行标记，通过配置语音指令和温湿度传感器控制算法，实现如发出“今天的温度是多少”的指令，传感器自动开启并在屏幕上显示当前环境温湿度的动作。

西门子plc仿真实训软件包括基本指令、应用指令、顺序控制指令

一、基本指令：电动机启停控制、电动机正反转控制、电动机循环正反转、可逆运行反接制动、三速电机控制、星角降压启动控制、数码管点亮控制、交通灯控制、恒压供水系统控制九项。

1、电动机启停控制包括：实训要求、实训器件、器件布局、I/O分配、T型图、电路连接、通电运行等七项

（1）实训要求：文字、图片的形式展示。将主要掌握的知识点予以概括，了解本模块主要的学习内容包括两地控制电路的编程方法，学会实际控制设计PLC的外围电路，学会分局实际控制要求设计简单的梯形图等。

（2）实训器件：列出电动机启停控制单元所用到的全部器件，包括三相异步电动机、PLC、交流接触器、三相断路器、熔断器、热继电器、启动按钮、停止按钮。

（3）器件布局：将器件库中的仿真器件放到仿真配电柜中的相应位置，用于训练学生对器件及电路的了解。电路上要有相应的符号，器件拖拽错误器件会拖拽不上去并会有相应的声音显示。

（4）I/O分配：软件中有I/O分配地址和电路图，将鼠标点到分配地址资源后会有相应的事物图片展示，用来让学生更好的了解器件模型与电路图。

（5）T型图：给出缺失符号的T型图和相应的符号，学生根据所学知识用鼠标将符号拖拽到T型图上，如果正确则符号保留在T型图上，错误则消失。

（6）电路连接： 

原理图中闪烁的线条即为当前应连接的电路，用鼠标点击连接此线的两触点中的一个触点，然后拖动鼠标，找到另一个触点并点击，若正确将出现连接线，不正确此线消失，只有当该连线连接正确后，才能进行下一条线的接线操作。如果接线中出现困难可点击“答案”按钮，点击后将出现已完成的接线图，可参考该图完成你所进行的操作，再次点击“答案”按钮，答案将消失。

可以自由接线，参照电路图可以进行自由接线，如果不会可以点击提示，鼠标点击任何一个接线热点另外的一端热点会闪烁显示。

（7）通电运行：以仿真实训方式实现。通电后，可按照操作步骤按下相应开关，即可直观地观察到电路的运行情况，同时配合模拟真实场景的声效，达到仿真的效果。

功能特点
1.电气控制线路元器件都装电气安装板上，操作方便、更换便捷。
2.操作屏只需三相四线的交流电源，即可投入使用；
3.技能培训用的控制线路和经特殊设计的小电机，能满足低压电工实操技能训练的要求；
4.继电接触控制线路培训所有的元器件都通过导线引到插拔端子上，学生接线时只需在端子上进行接线，有利于保护元器件；
5.设有电压型漏电保护器和电流型漏电保护器，确保操作者的安全；各电源输出均有监示及短路保护等功能，当培训时发生误操作或因接线错误而造成短路时，装置能自动保护，避免烧毁保险丝和损坏电器，保障培训顺利进行；

6.装置上设有三相电源输出短路保护功能，防止了学员培训时由于接线错误或误操作而发生短路损坏元器件，同时能保障培训顺利进行并节约了培训的成本。

7.与市面上的模拟器件培训设备不同，本设备均采用了真实元器件。

8.维修电工电子电机与职业资格培训考评仿真软件

本软件为apk的格式，可在PC端使用，也可在移动端使用，本软件即可手动设置故障也能自动设置故障，本软件通过电路图中绿色的框选择手动设置故障点（最多可以设置39个故障点），也可以通过系统自动进行随机1个故障点设置，随机两个故障点设置，随机三个故障点设置，随机四个故障点设置，随机五个故障点设置，本软件内有工具箱，元件库，放大镜，电路图等功能，可通过工具箱可选择万用表进行检测，通过元件库选择合适的元件，通过放大镜可以清楚的了解各个元器件及电路。本软件通过电动机星三角启动控制电路故障的设置，并经过种种排查，让学生了解电动机星三角启动控制电路的工作原理及电路结构。
三、技术性能：
1.输入电压：三相四线制380V±10% ，工频50Hz；
2.工作环境：环境温度范围-5～＋40℃， 相对湿度＜85%（25℃）， 海拔＜4000m；
3.装置容量：＜1.5KVA；
四、装置配置
1.操作屏为钣金密纹喷塑架。
2.三相四线电源输入，经漏电保护器，总开关后，通过起、停按钮控制接触器通断，并设有急停控制按钮；
3.控制台上有电压表1个，电流表1个。

五、配置

六、培训项目
1.电动机单向连续运转接线（带点动控制）。

2.三相电动机正反转运行的接线及安全操作。

3.单相电度表带照明灯的安装及接线。

4.带熔断器（断路器）、仪表、电流互感器的电动机运行控制的电路接线。

5.导线的连接