人工智能實(shí)驗(yàn)箱，AI教學(xué)實(shí)訓(xùn)設(shè)備
2025-10-10 08:17
DB-SD53 人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是一款專為高校人工智能教育設(shè)計(jì)的綜合性教學(xué)平臺(tái)，采用華為昇騰AI技術(shù)路線，其搭載昇騰AI處理器與4核CPU，提供高達(dá)8 TOPS INT8的澎湃算力，是一款擁有廣泛的兼容性和豐富軟件支持，專為數(shù)據(jù)分析和推理計(jì)算設(shè)計(jì)的人工智能核心卡。在實(shí)時(shí)圖像處理、目標(biāo)檢測(cè)等任務(wù)中展現(xiàn)卓越性能。開發(fā)體驗(yàn)上，套件內(nèi)置MindStudio全流程工具鏈，提供涵蓋CV、NLP等領(lǐng)域的百項(xiàng)參考代碼與預(yù)訓(xùn)練模型。應(yīng)用場(chǎng)景豐富，多維賦能潛力。平臺(tái)通過ATC編譯器優(yōu)化算子，并支持int8量化技術(shù)減少精度損失，使昇騰NPU推理性能可對(duì)標(biāo)GPU潛力，彰顯國(guó)產(chǎn)化硬件的技術(shù)突破與生態(tài)兼容性。
使用Ubuntu操作系統(tǒng)，集成6自由度機(jī)械臂、二舵機(jī)云臺(tái)、深度相機(jī)、環(huán)形陣列麥克風(fēng)、多種被控對(duì)象和傳感器等硬件模塊，旨在為學(xué)生提供從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐應(yīng)用的完整AI教育體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持多種人工智能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，如積木堆疊、垃圾分類、語(yǔ)音交互和視覺導(dǎo)航等，覆蓋計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器人控制、自然語(yǔ)言處理和邊緣計(jì)算等核心領(lǐng)域。
人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)通過高性能硬件與開源軟件生態(tài)的結(jié)合，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不僅滿足高校AI課程的教學(xué)需求，還為學(xué)生提供項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和創(chuàng)新實(shí)踐的平臺(tái)，助力培養(yǎng)具備AI開發(fā)能力的復(fù)合型人才。
二、核心硬件與功能
1. 核心主板：華為昇騰
- 算力支持：搭載4核CPU和昇騰AI處理器，提供高達(dá)8 TOPS INT8算力，支持20路1080P視頻解碼和12路編碼，在實(shí)時(shí)目標(biāo)檢測(cè)、多路視頻分析等場(chǎng)景中展現(xiàn)超強(qiáng)吞吐能力，支持高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理。
- 內(nèi)存與存儲(chǔ)：配備8GB LPDDR4X內(nèi)存，可外接最高256GB TF卡。
- 外設(shè)接口豐富：雙4K HDMI輸出、MIPI攝像頭接口、USB 3.0 HOST x2、USB Type-C HOST x1，Micro USB x1串口打印功能，千兆網(wǎng)口和GPIO，滿足多種外設(shè)連接需求，支持Wi-Fi雙頻2.4G和5G，支持BT4.2/BLE。
- 軟件生態(tài)：兼容Ubuntu、OpenEuler和OpenHarmony，支持MindSpore Lite、ONNX等AI框架。內(nèi)置MindStudio全流程開發(fā)工具鏈，提供100+參考代碼樣例和CV、NLP等領(lǐng)域的預(yù)訓(xùn)練模型，支持模型快速適配和端到端應(yīng)用開發(fā)，顯著降低學(xué)習(xí)門檻。
- 高效工具鏈：支持昇騰張量編譯器（ATC），方便將多種主流AI框架的模型轉(zhuǎn)換為適用于昇騰AI處理器的格式，簡(jiǎn)化模型部署過程。
- 開放生態(tài)與行業(yè)適配能力：兼容昇騰AI生態(tài)與華為云服務(wù)，支持與DeepSeek R1大模型等國(guó)產(chǎn)技術(shù)棧無縫集成。
2. 6自由度機(jī)械臂
- 功能：配備高精度伺服電機(jī)，支持多角度靈活運(yùn)動(dòng)，末端安裝攝像頭用于視覺引導(dǎo)。
- 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景：實(shí)現(xiàn)ROS系統(tǒng)學(xué)習(xí)，積木堆疊、垃圾分類等任務(wù)，訓(xùn)練學(xué)生在機(jī)器人控制與AI視覺結(jié)合方面的能力。
AI傳感器模塊
- 功能：通過核心主板的40Pin GPIO擴(kuò)展，開發(fā)傳感器實(shí)驗(yàn)或者控制設(shè)備。
- 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景：入門學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)GPIO的硬件控制，了解傳感器模塊方面的知識(shí)，學(xué)習(xí)python編程。
l 雙色LED、
l 繼電器、
l 輕觸開關(guān)按鍵、
l U 型光電傳感器、
l 模數(shù)轉(zhuǎn)換、
l PS2 操縱桿、
l 電位器、
l 模擬霍爾傳感器、
l 光敏傳感器、
l 火焰報(bào)警、
l 氣體傳感器、
l 觸摸開關(guān)、
l 超聲波傳感器距離檢測(cè)、
l 旋轉(zhuǎn)編碼器、
l 紅外避障傳感器、
l 氣壓傳感器、
l 陀螺儀加速度傳感器、
l 循跡傳感器、
l 直流電機(jī)風(fēng)扇模塊、
l 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
三、高校人工智能教育的應(yīng)用價(jià)值
1. 由淺入深，循序漸進(jìn)
從基礎(chǔ)的GPIO擴(kuò)展到深度學(xué)習(xí)的AI視覺、AI聽覺，AI平臺(tái)提供完整的學(xué)習(xí)路徑，讓您一步步掌握AI知識(shí)體系，輕松應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)。
2. 覆蓋AI核心課程內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)支持以下高校AI課程的教學(xué)需求：- 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)：涵蓋矩陣論、概率與信息論核心理論，構(gòu)建底層邏輯框架。
- 編程基礎(chǔ)：從Python語(yǔ)法到Linux環(huán)境配置，結(jié)合TensorFlow、PyTorch等主流框架實(shí)戰(zhàn)入門。
- 計(jì)算機(jī)視覺：通過深度相機(jī)和機(jī)械臂攝像頭，學(xué)生可實(shí)現(xiàn)圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)和3D物體識(shí)別。
- 機(jī)器人學(xué)：6自由度機(jī)械臂和二舵機(jī)云臺(tái)提供運(yùn)動(dòng)控制和路徑規(guī)劃的實(shí)踐機(jī)會(huì)。
- 語(yǔ)音處理：環(huán)形陣列麥克風(fēng)支持語(yǔ)音信號(hào)處理和自然語(yǔ)言理解實(shí)驗(yàn)。
- 邊緣計(jì)算：華為昇騰的AI推理能力讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何在資源受限的設(shè)備上優(yōu)化模型。
- GPIO硬件控制：基于GPIO使用python編程對(duì)傳感器或者其他被控對(duì)象進(jìn)行開發(fā)。
3. 系統(tǒng)框架與AI框架
l ubuntu操作系統(tǒng):系統(tǒng)預(yù)裝ubuntu22.04操作系統(tǒng)，所有環(huán)境代碼庫(kù)文件均已安裝，開機(jī)即用。
Ubuntu22.04在云計(jì)算領(lǐng)域效率極高，特別適用于機(jī)器學(xué)習(xí)這樣的存儲(chǔ)密集型和計(jì)算密集型任務(wù)。Ubuntun 長(zhǎng)期支持版本可以獲得 Canonical 官方長(zhǎng)達(dá)五年的技術(shù)支持。
根據(jù)TIOBE最新排名 ，Python已超越C#，與Java,C,C++一起成為全球前4大最流行語(yǔ)言。國(guó)內(nèi)目前百度指數(shù)搜索量已經(jīng)超越Java，與C++，即將成為國(guó)內(nèi)最受歡迎的開發(fā)語(yǔ)言。
Python被廣泛應(yīng)用于后端開發(fā)、游戲開發(fā)、網(wǎng)站開發(fā)、科學(xué)運(yùn)算、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算，圖形開發(fā)等領(lǐng)域；Python在軟件質(zhì)量控制、提升開發(fā)效率、可移植性、組件集成、豐富庫(kù)支持等各個(gè)方面均處于先進(jìn)地位。python具有 簡(jiǎn)單、易學(xué)、免費(fèi)、開源、可移植、可擴(kuò)展、可嵌入、面向?qū)ο蟮葍?yōu)點(diǎn)，它的面向?qū)ο笊踔帘萰ava和C#.net更徹底；
JupyterLab是一個(gè)基于Web的交互式開發(fā)環(huán)境，用于Jupyter筆記本、代碼和筆記本、代碼和數(shù)據(jù).JupyterLab非常靈活配置和排列用戶界面，以支持?jǐn)?shù)據(jù)科學(xué)、科學(xué)計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)中廣泛的工作流.JupyterLab是可擴(kuò)展的和模塊化的編寫插件，添加新組件并與現(xiàn)有組件集成
l 多種AI框架和AI開發(fā)工具:
昇思MindSpore:華為自研的 AI 計(jì)算框架，提供高效的模型訓(xùn)練和推理能力。
PyTorch：廣泛使用的深度學(xué)習(xí)框架，支持動(dòng)態(tài)圖和靜態(tài)圖計(jì)算。
OpenCV:功能強(qiáng)大且廣泛使用的開源計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)，為圖像處理和機(jī)器視覺提供了高效的工具。
TensorFlow：由 Google 開發(fā)的開源機(jī)器學(xué)習(xí)框架，廣泛應(yīng)用于各類 AI 應(yīng)用。
昇騰CANN：作為核心軟件棧，提供昇騰算子庫(kù)、加速庫(kù)等，兼容多種框架模型的推理優(yōu)化。
MindX SDK：支持調(diào)用昇騰接口進(jìn)行模型推理，適用于視頻分析、自然語(yǔ)言處理等場(chǎng)景。
昇騰張量編譯器（ATC）：可以通過 ATC 工具將多種主流 AI 框架的模型（如 TensorFlow、PyTorch、Caffe、ONNX 等）轉(zhuǎn)換為適用于昇騰 AI 處理器的離線模型(.om 文件)。
4. 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)踐
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了多個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如：人臉追蹤：實(shí)驗(yàn)通過 OpenCV 檢測(cè)人臉，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂實(shí)時(shí)追蹤，展示圖像處理與硬件控制結(jié)合，支持視頻流顯示與用戶交互。
垃圾分類：通過AI模型分析垃圾類型，機(jī)械臂執(zhí)行分類任務(wù)，提升學(xué)生對(duì)AI社會(huì)應(yīng)用的理解。
顏色分揀與堆疊：實(shí)驗(yàn)通過 OpenCV 識(shí)別方塊顏色，機(jī)械臂根據(jù)選擇進(jìn)行分揀或堆疊，支持 HSV 校準(zhǔn)、方框colare標(biāo)定與 ROS 通信控制。
5. 降低學(xué)習(xí)門檻，強(qiáng)化動(dòng)手能力
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)預(yù)裝教學(xué)軟件和示例代碼，支持Python編程和MindSpore Lite框架，學(xué)生無需深入硬件底層即可快速上手。同時(shí)，豐富的GPIO和外設(shè)接口讓學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件結(jié)合的完整開發(fā)流程，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。6. 適配國(guó)產(chǎn)化教育趨勢(shì)
基于華為昇騰技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，融入國(guó)產(chǎn)AI生態(tài)，支持OpenHarmony等操作系統(tǒng)，符合高校推廣國(guó)產(chǎn)技術(shù)的要求。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還能接觸到中國(guó)自主研發(fā)的技術(shù)棧，增強(qiáng)技術(shù)自信。四、典型實(shí)驗(yàn)案例
l 全新部署DeepSeek-R1離線人工智能模型，內(nèi)存占用小，低延遲響應(yīng)。
l 目標(biāo)檢測(cè)，得益于強(qiáng)大的算力，多目標(biāo)檢測(cè)能力強(qiáng)
l 細(xì)胞圖像分割，檢測(cè)精準(zhǔn)速度快
五、人工智能課程資源
人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到不同基礎(chǔ)學(xué)習(xí)者的需求，力求使用更易理解的學(xué)習(xí)方式傳遞更加詳細(xì)的知識(shí)。本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)各類使用者均有一定的學(xué)習(xí)幫助，特別是在在校大學(xué)生和研究生，能夠幫助學(xué)生從初學(xué)逐漸過渡到深入學(xué)習(xí)。也可以幫助他們完成畢業(yè)設(shè)計(jì)或者學(xué)術(shù)論文。在人工智能遍地開花的今天，人工智能在 各個(gè)領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的作用，為產(chǎn)品賦能愈來愈稱為各大企業(yè)的追求。人工智能早已滲透到計(jì) 算機(jī)視覺、自動(dòng)駕駛、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器人技術(shù)、推薦系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、航空航天等等領(lǐng)域。
人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的學(xué)習(xí)主要分為兩個(gè)部分，第一部分為人工智能基礎(chǔ)，主要包括：相關(guān)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)、Ubuntu系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AI框架、基礎(chǔ)舵機(jī)控制。第二部分主要為實(shí)踐學(xué)習(xí)包括：機(jī)械臂、AI視覺、AI聽覺、人工智能語(yǔ)言推理模型。完成學(xué)習(xí)后，可以充分了解到人工智能最主流的相關(guān)應(yīng)用。
六、技術(shù)規(guī)格
| 組件 | 規(guī)格 |
| 實(shí)驗(yàn)平臺(tái) | 外形尺寸：≥610*440*240mm； |
| AI運(yùn)算單元 |
CPU ：為 Ascend 310 AI 處理器,1個(gè)DaVinciV300 AI core(主頻500MHz),4個(gè)TAISHANV200M處理器核(主頻1.0GHz)； 內(nèi)存：8GB LPDDR4X內(nèi)存，64bit位寬； 算力：半精度(FP16):4TFLOPS,整數(shù)精度(INT8):8TOPS； 存儲(chǔ)：配備8GB LPDDR4X內(nèi)存，可外接最高256GB Micro SD； 核心擴(kuò)展： 40Pin擴(kuò)展接口：1個(gè)； USB Type A接口：2個(gè)； HDMI接口：2個(gè)； USB Type C接口：1個(gè)； Micro SD卡接口：1個(gè)； MIPI-CSI連接器：2個(gè)，8Lane； 風(fēng)扇接口：1個(gè)； 千兆網(wǎng)口：1個(gè)； |
| 機(jī)械臂 |
機(jī)械臂自由度：5自由度+夾持器，200g有效負(fù)載，臂展350mm； 舵機(jī)方案：15Kg*5+6Kg*1智能串行總線舵機(jī)； 材質(zhì)：陽(yáng)極氧化處理鋁合金； |
| 攝像頭 | 機(jī)械臂末端安裝攝像頭，采用USB接口，30萬像素，110度廣角，480P分辨率（600*480）； |
|
傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K |
傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K 雙色LED、 繼電器、 輕觸開關(guān)按鍵、 U 型光電傳感器、 模數(shù)轉(zhuǎn)換、 PS2 操縱桿、 電位器、 模擬霍爾傳感器、 光敏傳感器、 火焰報(bào)警、 氣體傳感器、 觸摸開關(guān)、 超聲波傳感器距離檢測(cè)、 旋轉(zhuǎn)編碼器、 紅外避障傳感器、 氣壓傳感器、 陀螺儀加速度傳感器、 循跡傳感器、 直流電機(jī)風(fēng)扇模塊、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊； |
| 顯示屏 | 22寸顯示屏，HDMI接口，1080P分辨率。 |
七、售后指導(dǎo)服務(wù)
全程支持：提供從理論學(xué)習(xí)到實(shí)驗(yàn)落地的技術(shù)答疑，解決開發(fā)環(huán)境配置、代碼調(diào)試等實(shí)際問題。學(xué)術(shù)賦能：輔助畢業(yè)設(shè)計(jì)、論文撰寫，提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化與模型調(diào)優(yōu)建議。
實(shí)戰(zhàn)拓展：支持機(jī)械臂控制、AI視覺/聽覺項(xiàng)目定制開發(fā)，助力成果轉(zhuǎn)化與競(jìng)賽/科研應(yīng)用。
八、教育意義與未來展望
本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為高校人工智能教育提供了一個(gè)低成本、高性能、易上手的實(shí)踐平臺(tái)，幫助學(xué)生從理論走向應(yīng)用，掌握AI開發(fā)的全流程技能。未來，我們計(jì)劃進(jìn)一步豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加SLAM導(dǎo)航、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等高級(jí)實(shí)驗(yàn)?zāi)K，并與高校合作開發(fā)定制化課程，推動(dòng)AI教育的普及與深化。通過本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生不僅能掌握AI核心技術(shù)，還能在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為智能時(shí)代的產(chǎn)業(yè)需求儲(chǔ)備人才。人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將成為高校AI教育的重要工具，助力中國(guó)人工智能人才培養(yǎng)邁上新臺(tái)階。
