D1探索者小车——具有学习能力的开关 简单

【背景知识】        

01了解导电开关的使用，通过通过编程利用导电开关控制RGBled        

02了解人工智能相关知识，学习使用单神经元模块        

03通过神经元模块来实现智能开关

生活中的开关  

开关是我们生活中常见的控制电路的机电设备。常见的种类有延迟开关、触点开关、光电开关。

图6-1常见开关的种类

今天我们将使用电导开关和单神经元模块来制作一个具备记忆功能的开关。

1.认识电导开关模块电导开关用来检测物体是否具有导电性能，当电导开关的两个金属片之间有物体联通时（该物体须有一定阻值，比如水果、植物、银币、水、导线甚至你自己），传感器就会输出一个高电平。你可以用它来做一个水果钢琴，音乐风铃，握手感应灯等等有趣的应用。 Conductivity Switch Sensor 电导开关传感器可以检测两极之间有无物体连接，当连接物体阻值小于10M时，可以输出一个高电平。可以与Arduino专用传感器扩展板结合使用，实现非常有趣的互动作品。

图6-2电导开关模块

图6-3电导开关引脚说明

图6-4电导开关接口表说明【知识窗】       

开关是指一个可以使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。开关是让人操作的机电设备，其中有一个或数个电子接点。接点的“闭合”（closed）表示电路导通，允许电流流过；开关的“开路”（open）表示电路不导通形成开路，不允许电流流过。

图6-5物理电路

2.人体导电开关的电路连接下面我们将制作一个“携手同心，共度难关”创意，来完成任务。要求：由2名或2名以上玩家手拉手，充当导体，一同控制打开RGBLED。

硬件列表：

电路连线：

图6-6电路连线图

3. 编程实现人体导电开关       

下面我们将通过Mind+编程实现，人体导电开关控制RGBledl亮与灭。

加载控制器       

打开Mind+编程界面，切换至上传模式。鼠标单击左下方“拓展”按钮进入选择套件界面，选择套件Romeo确定，在指令区会出现Romeo的拓展指令。

图6-7加载控制器

加载显示器      

鼠标单击左下方“拓展”按钮进入选择显示器界面，选择WS2812RGB灯后确定，在指令区会出现RGB的拓展指令。

图6-8加载显示器

拖拽指令       

从指令集中拖拽指令如下图6-9所示。

图6-9程序指令

4. 电路测试         

用双手分别接触鳄鱼夹两端，这样我们的人体就充当了导体。我们可以发现通过手与导电开关的通断，可以控制RGBLED亮、灭。

图6-10电路测试

5.探究实验  

请你使用电导开关模块，测试下表中的物质的导电性，并记录。认识区别常见的导体与绝缘体。

二、单神经元模块

前面课程中我已经完成了导电开关控制RGBled，下面我们将利用单神经元模块，制作具备一定学习能力的智能开关控制电路。【知识窗】人工智能（Artificial Intelligence），英文缩写为 AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能概念的提出于 1956 年，举行的为时两个月的达特茅斯会议，这次会议代表了人工智能正式诞生和兴起。 

人工智能处理工作流程

图6-11人工智能的工作流程

1. 认识单神经元模块

神经元模块（如图6-12）模拟的是神经网络中，最基础的一个节点。类似与人的神经元，神经元（neuron，neure），是神经系统的基本结构和机能单位。神经元在人体上有接受、整合和传递信息的功能。而我们用到的单神经元模块也是人工智能神经网络中的一个基础节点，与人体神经元类似。

图6-12神经元模块

神经元模块有输入、输出接口，学习按钮、精度调节构成，可以模拟人工智能中模拟学习和识别的过程，其中各接口及指示灯功能如下

输入接口：可以接入传感器，兼容各类传感器，可读取和运用各类数据 。

输出接口：通过神经元模块，控制输出，例如 LED 灯、蜂鸣器等输出模块。 

学习按钮：按下学习按钮，进入学习模式。

学习指示灯：当处于学习模式下，指示灯亮起 ，表明正在学习相关信息输出指示灯：当前重复的动作或者输入信号与之前学习过程匹配成功，指示灯亮起 。

精度调节：在调整阶段，能够实现对于数据匹配的精度调整，更好的实现效果。

图6-13神经元模块各部分指示

1. 电路连线本次电路连线只要在图6-6中导电开关前增加神经元模块即可。

图6-14实物连接图

3. 编写程序

程序代码不变依然使用图6-9中的程序指令集。

4. 测试使用    

学习阶段：在单神经元模块上，按下学习按钮即可进入学习状态，可以记录下输入接口接入的按钮模块的数据。并且当你按下时，学习指示灯亮起，表示正在学习。

（1）按下单神经元模块上的学习按钮，同时用手导通电导开关3秒。

（2）同时放开学习按钮和电导开关完成学习，这时已经记录下了导通3秒的相关数据。

图6-15学习阶段

调整阶段：（1）导通电导开关 3s，即重复上面学习记录的动作；并且松开。 

（2）观察并调节精度旋钮 导通3s 松开后，RGBLED不亮？说明精度太高。 逆时针调节蓝色精度调节旋钮，目的是，调节单神经元模块对于当前输入值与记录值的匹配精度变低，要求降低。当蓝色旋钮的箭头指向“-”，说明精度为最低。 随便按下导通一下，RGBLED就亮？说明精度太低 顺时针调节蓝色精度调节旋钮，目的是，调节单神经元模块对于当前输入值与记录值的匹配精度提高，要求变高。当蓝色旋钮的箭头指向“+”，说明精度为最高，因为很难准确的重复学习时的按键时间，所以在精度最高时很难实现。 

【知识窗】单神经元模块只能学习记录一次，当你再次按下学习按钮，上次的记录自动被覆盖掉，进行重新学习；单神经元模块可以一次学习多个数据，比如你按下 10 次，只要保证在 10s 内完成，就可以被学习记录。测试阶段：导通电导开关3秒，观测RGBLED运行效果如图6-15。

图6-15带有学习能力的智能开关。

5. 探究实验请你以导电开关、单神经元模块、RGB模块，设计一个智能控制。并写出具体的解决方案。（至少包含2个学习数据）

图6-16探究实验