人工智能實驗箱，AI教學實訓設(shè)備
2025-10-10 08:17
DB-SD53 人工智能實驗平臺
人工智能實驗平臺是一款專為高校人工智能教育設(shè)計的綜合性教學平臺，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)分析和推理計算設(shè)計的人工智能核心卡。在實時圖像處理、目標檢測等任務(wù)中展現(xiàn)卓越性能。開發(fā)體驗上，套件內(nèi)置MindStudio全流程工具鏈，提供涵蓋CV、NLP等領(lǐng)域的百項參考代碼與預(yù)訓練模型。應(yīng)用場景豐富，多維賦能潛力。平臺通過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推理性能可對標GPU潛力，彰顯國產(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自由度機械臂、二舵機云臺、深度相機、環(huán)形陣列麥克風、多種被控對象和傳感器等硬件模塊，旨在為學生提供從理論學習到實踐應(yīng)用的完整AI教育體驗。實驗平臺支持多種人工智能實驗場景，如積木堆疊、垃圾分類、語音交互和視覺導航等，覆蓋計算機視覺、機器人控制、自然語言處理和邊緣計算等核心領(lǐng)域。
人工智能實驗平臺通過高性能硬件與開源軟件生態(tài)的結(jié)合，本實驗平臺不僅滿足高校AI課程的教學需求，還為學生提供項目式學習和創(chuàng)新實踐的平臺，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8 TOPS INT8算力，支持20路1080P視頻解碼和12路編碼，在實時目標檢測、多路視頻分析等場景中展現(xiàn)超強吞吐能力，支持高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理。
- 內(nèi)存與存儲：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)，顯著降低學習門檻。
- 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大模型等國產(chǎn)技術(shù)棧無縫集成。
2. 6自由度機械臂
- 功能：配備高精度伺服電機，支持多角度靈活運動，末端安裝攝像頭用于視覺引導。
- 實驗場景：實現(xiàn)ROS系統(tǒng)學習，積木堆疊、垃圾分類等任務(wù)，訓練學生在機器人控制與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擴展，開發(fā)傳感器實驗或者控制設(shè)備。
- 實驗場景：入門學習，學習GPIO的硬件控制，了解傳感器模塊方面的知識，學習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 火焰報警、
l 氣體傳感器、
l 觸摸開關(guān)、
l 超聲波傳感器距離檢測、
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 直流電機風扇模塊、
l 步進電機驅(qū)動模塊；
三、高校人工智能教育的應(yīng)用價值
1. 由淺入深，循序漸進
從基礎(chǔ)的GPIO擴展到深度學習的AI視覺、AI聽覺，AI平臺提供完整的學習路徑，讓您一步步掌握AI知識體系，輕松應(yīng)對各種挑戰(zhàn)。
2. 覆蓋AI核心課程內(nèi)容
實驗平臺支持以下高校AI課程的教學需求：- 數(shù)學基礎(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語法到Linux環(huán)境配置，結(jié)合TensorFlow、PyTorch等主流框架實戰(zhàn)入門。
- 計算機視覺：通過深度相機和機械臂攝像頭，學生可實現(xiàn)圖像分類、目標檢測和3D物體識別。
- 機器人學：6自由度機械臂和二舵機云臺提供運動控制和路徑規(guī)劃的實踐機會。
- 語音處理：環(huán)形陣列麥克風支持語音信號處理和自然語言理解實驗。
- 邊緣計算：華為昇騰的AI推理能力讓學生學習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編程對傳感器或者其他被控對象進行開發(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)境代碼庫文件均已安裝，開機即用。
Ubuntu22.04在云計算領(lǐng)域效率極高，特別適用于機器學習這樣的存儲密集型和計算密集型任務(wù)。Ubuntun 長期支持版本可以獲得 Canonical 官方長達五年的技術(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大最流行語言。國內(nèi)目前百度指數(shù)搜索量已經(jīng)超越Java，與C++，即將成為國內(nèi)最受歡迎的開發(fā)語言。
Python被廣泛應(yīng)用于后端開發(fā)、游戲開發(fā)、網(wǎng)站開發(fā)、科學運算、大數(shù)據(jù)分析、云計算，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、豐富庫支持等各個方面均處于先進地位。python具有 簡單、易學、免費、開源、可移植、可擴展、可嵌入、面向?qū)ο蟮葍?yōu)點，它的面向?qū)ο笊踔帘萰ava和C#.net更徹底；
JupyterLab是一個基于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，以支持數(shù)據(jù)科學、科學計算和機器學習中廣泛的工作流.JupyterLab是可擴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 計算框架，提供高效的模型訓練和推理能力。
PyTorch：廣泛使用的深度學習框架，支持動態(tài)圖和靜態(tài)圖計算。
OpenCV:功能強大且廣泛使用的開源計算機視覺庫，為圖像處理和機器視覺提供了高效的工具。
TensorFlow：由 Google 開發(fā)的開源機器學習框架，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、加速庫等，兼容多種框架模型的推理優(yōu)化。
MindX SDK：支持調(diào)用昇騰接口進行模型推理，適用于視頻分析、自然語言處理等場景。
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. 項目式學習與創(chuàng)新實踐
實驗平臺設(shè)計了多個綜合性實驗項目，例如：人臉追蹤：實驗通過 OpenCV 檢測人臉，驅(qū)動機械臂實時追蹤，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，機械臂執(zhí)行分類任務(wù)，提升學生對AI社會應(yīng)用的理解。
顏色分揀與堆疊：實驗通過 OpenCV 識別方塊顏色，機械臂根據(jù)選擇進行分揀或堆疊，支持 HSV 校準、方框colare標定與 ROS 通信控制。
5. 降低學習門檻，強化動手能力
實驗平臺預(yù)裝教學軟件和示例代碼，支持Python編程和MindSpore Lite框架，學生無需深入硬件底層即可快速上手。同時，豐富的GPIO和外設(shè)接口讓學生能夠?qū)崿F(xiàn)軟硬件結(jié)合的完整開發(fā)流程，培養(yǎng)解決實際問題的能力。6. 適配國產(chǎn)化教育趨勢
基于華為昇騰技術(shù)的實驗平臺，融入國產(chǎn)AI生態(tài)，支持OpenHarmony等操作系統(tǒng)，符合高校推廣國產(chǎn)技術(shù)的要求。學生在學習過程中還能接觸到中國自主研發(fā)的技術(shù)棧，增強技術(shù)自信。四、典型實驗案例
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 目標檢測，得益于強大的算力，多目標檢測能力強
l 細胞圖像分割，檢測精準速度快
五、人工智能課程資源
人工智能實驗平臺在設(shè)計時，考慮到不同基礎(chǔ)學習者的需求，力求使用更易理解的學習方式傳遞更加詳細的知識。本實驗平臺對各類使用者均有一定的學習幫助，特別是在在校大學生和研究生，能夠幫助學生從初學逐漸過渡到深入學習。也可以幫助他們完成畢業(yè)設(shè)計或者學術(shù)論文。在人工智能遍地開花的今天，人工智能在 各個領(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 算機視覺、自動駕駛、自然語言處理、機器人技術(shù)、推薦系統(tǒng)、語音識別、航空航天等等領(lǐng)域。
人工智能實驗平臺的學習主要分為兩個部分，第一部分為人工智能基礎(chǔ)，主要包括：相關(guān)數(shù)學基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)、Ubuntu系統(tǒng)、機器學習與深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AI框架、基礎(chǔ)舵機控制。第二部分主要為實踐學習包括：機械臂、AI視覺、AI聽覺、人工智能語言推理模型。完成學習后，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 |
| 實驗平臺 | 外形尺寸：≥610*440*240mm； |
| AI運算單元 |
CPU ：為 Ascend 310 AI 處理器,1個DaVinciV300 AI core(主頻500MHz),4個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：配備8GB LPDDR4X內(nèi)存，可外接最高256GB Micro SD； 核心擴展： 40Pin擴展接口：1個； USB Type A接口：2個； HDMI接口：2個； USB Type C接口：1個； Micro SD卡接口：1個； MIPI-CSI連接器：2個，8Lane； 風扇接口：1個； 千兆網(wǎng)口：1個； |
| 機械臂 |
機械臂自由度：5自由度+夾持器，200g有效負載，臂展350mm； 舵機方案：15Kg*5+6Kg*1智能串行總線舵機； 材質(zhì)：陽極氧化處理鋁合金； |
| 攝像頭 | 機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）； |
|
傳感器實驗?zāi)K |
傳感器實驗?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、 火焰報警、 氣體傳感器、 觸摸開關(guān)、 超聲波傳感器距離檢測、 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、 直流電機風扇模塊、 步進電機驅(qū)動模塊； |
| 顯示屏 | 22寸顯示屏，HDMI接口，1080P分辨率。 |
七、售后指導服務(wù)
全程支持：提供從理論學習到實驗落地的技術(shù)答疑，解決開發(fā)環(huán)境配置、代碼調(diào)試等實際問題。學術(shù)賦能：輔助畢業(yè)設(shè)計、論文撰寫，提供實驗數(shù)據(jù)優(yōu)化與模型調(diào)優(yōu)建議。
實戰(zhàn)拓展：支持機械臂控制、AI視覺/聽覺項目定制開發(fā)，助力成果轉(zhuǎn)化與競賽/科研應(yīng)用。
八、教育意義與未來展望
本實驗平臺為高校人工智能教育提供了一個低成本、高性能、易上手的實踐平臺，幫助學生從理論走向應(yīng)用，掌握AI開發(fā)的全流程技能。未來，我們計劃進一步豐富實驗內(nèi)容，增加SLAM導航、強化學習等高級實驗?zāi)K，并與高校合作開發(fā)定制化課程，推動AI教育的普及與深化。通過本實驗平臺，學生不僅能掌握AI核心技術(shù)，還能在實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新能力，為智能時代的產(chǎn)業(yè)需求儲備人才。人工智能實驗平臺將成為高校AI教育的重要工具，助力中國人工智能人才培養(yǎng)邁上新臺階。
