人工智能与开源硬件

科技教师能力提升用书，用开源硬件实现人工智能技术体验，为学校开展人工智能课程提供资料参考。

本书将人工智能与开源硬件紧密结合，尝试用开源硬件实现人工智能的功能，为科技教师提 供人工智能课程资源。本书选取了在人工智能领域较为典型的应用，包括语音识别、图像识别、 无人驾驶、物联网等，并以项目式教学（project-based learning，PBL）的形式将知识的讲解和学 习融入项目中。本书中的案例具有一定的可拓展性，教师在学习了基本知识和项目以后，能够根 据本校学生的特点进行拓展，本书配有丰富的课程案例与资源。可以说，本书更像是一个“引子”，引导更多教师参与到人工智能的教育中来。本书可作为中小学校、校外培训机构、科技馆所等科技教师和科技辅导员的培训用书，也可 作为教师提升科学素养，提高专业能力，开展教学活动的参考用书。

第1章人工智能的发展和相关概念
1.1人工智能发展概述/2
1.1.1人工智能发展大事件/2
1.1.2达特茅斯会议/12
1.1.3人工智能的高潮与低谷/12
1.1.4人工智能与未来发展/14
1.2人工智能概念解析/15
1.2.1什么是人工智能/15
1.2.2什么是语音识别/19
1.2.3什么是图像识别/20
1.2.4什么是无人驾驶/22
1.2.5什么是SLAM/23
第2章“能听会说”的机器——语音识别及语音合成
2.1认识语音/27
2.1.1人类对声音的处理/27
2.1.2声音的特征/27
2.1.3计算机处理声音的方式/30
2.2语音识别技术/34
2.2.1语音识别原理/34
2.2.2语音识别模型的训练和再认/36
2.2.3体验语音转写功能/37
2.2.4语音识别的应用/39
2.3语音合成技术/41
2.3.1语音合成技术的发展/41
2.3.2语音合成技术的原理/42
2.3.3语音合成技术的实践/46
2.3.4语音合成技术的应用/47
第3章“能看”的机器人——颜色及图像识别51
3.1识别黑白色/52
3.1.1巡线传感器/52
3.1.2红外线接近开关/53
3.1.3任务实践/53
3.2颜色识别/57
3.2.1颜色识别传感器及原理/57
3.2.2Pixy2颜色识别传感器/57
3.2.3任务实践/58
3.3图像识别和人脸识别/60
3.3.1图像的数字化/61
3.3.2颜色识别与HSV颜色空间/62
3.3.3卷积运算与边缘提取/64
3.3.4任务实践——人脸识别/68
第4章“能动”的机器人——无人驾驶体验
4.1设计制作一辆自动运行小车/72
4.1.1实验器材/72
4.1.2实验电路/73
4.1.3程序清单/73
4.2闭环控制小车/75
4.2.1实验器材/75
4.2.2实验电路/75
4.2.3程序清单/76
4.2.4程序说明/76
4.3基于图像识别技术自动驾驶小车/78
4.3.1实验器材/78
4.3.2实验电路/78
4.3.3实验原理/79
4.3.4操作流程/79
第5章“能互联”的智能家居——物联网及智能家居技术87
5.1蓝牙及无线通信/88
5.1.1蓝牙技术的基本知识/88
5.1.2常见的无线通信方式/91
5.1.35G与未来生活/92
5.2智能家居/92
5.2.1物联网及智能家居/92
5.2.2制作智能家居模型/99
第6章“能学习”的机器
6.1从观察到预测/104
6.1.1机器学习/105
6.1.2从预测说起/105
6.1.3数字化：建立机器与现实世界的连接/106
6.1.4预测函数：从观察到结论的映射/107
6.1.5任务实践/108
6.2从数据中学习/111
6.2.1监督学习/111
6.2.2试验与修正：一种简单的学习策略/112
6.2.3任务实践/113
6.3分类函数的调用/116
6.3.1提取特征/117
6.3.2特征向量与特征空间/118
6.3.3分类器/119
6.3.4感知器/120
6.3.5任务实践/121
6.4卷积神经网络/124
6.4.1深度神经网络的特点/124
6.4.2深度神经网络的结构/125
6.4.3卷积层/126
6.4.4全连接层、归一化指数层与非线性激活层/127
6.4.5池化层/127
6.4.6人工神经网络/128
6.4.7任务实践/129
参考文献/133
附录《人工智能与开源硬件》课程实施建议/134