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项目1 开发软件平台环境的搭建与配置1

1.1 项目描述1

1.2 教学目标1

1.3 知识准备1

1.3.1 了解嵌入式系统Linux使用的命令行1

1.3.2 了解Linux文件与文件管理命令2

1.3.3 更多Linux命令5

1.3.4 特殊的控制键6

1.3.5 了解Linux进程机制命令7

1.3.6 了解sudo与权限7

1.4 任务实现8

1.4.1 安装Raspbian Linux发行版本操作系统8

1.4.2 配置Raspbian Linux操作系统10

1.4.3 通过apt-get管理软件13

1.4.4 使用Pi Store安装软件和多媒体15

1.4.5 设置Raspbian Linux固件15

1.4.6 把控制器变成多媒体中心17

1.4.7 在控制器上面玩游戏19

1.4.8 使用Raspbian Linux系统编译Python程序20

1.5 考核评价24

任务1 Raspbian Linux系统安装24

任务2 使用Raspi-config设置系统24

任务3 启动进入桌面24

任务4 通过apt-get安装新软件24

任务5 通过apt-get删除软件24

任务6 使用Python编写简单的Hello程序24

1.6 拓展提高24

任务1 升级固件或内核24

任务2 设置视频输出26

任务3 测试和设置音频系统27

项目2 嵌入式交互式智能家居机器人控制系统28

2.1 项目描述28

2.2 教学目标28

2.3 知识准备28

2.3.1 智能家居机器人控制系统硬件主板28

2.3.2 智能家居机器人控制系统的特性29

2.3.3 智能家居机器人控制系统电路及传感器资源30

2.4 任务实现34

2.4.1 使用输入输出接口34

2.4.2 数字信号输出：点亮LED34

2.4.3 数字信号输入：读取按钮状态36

2.4.4 在Python中安装并测试GPIO38

2.4.5 让LED闪烁39

2.4.6 读取按钮状态40

2.4.7 在智能家居机器人系统中定位串口42

2.4.8 串口通信44

2.5 考核评价46

任务1 制作定时台灯项目46

任务2 制作简易发音板项目49

任务3 在智能家居机器人系统中驱动底层控制系统51

项目3 交互式智能家居机器人运动模块设计56

3.1 项目描述56

3.2 教学目标56

3.3 知识准备56

3.3.1 关于直流电机56

3.3.2 关于L298驱动器57

3.3.3 底层控制板的基本电机编程技巧59

3.3.4 导航传感器选择62

3.3.5 家居巡航导航策略63

3.4 任务实现64

3.4.1 方案设计64

3.4.2 硬件电路设计64

3.4.3 家居机器人导航组装65

3.4.4 智能家居机器人导航程序设计67

3.4.5 智能家居机器人导航避开“死角”的算法设计69

3.4.6 调试程序72

3.4.7 利用嵌入式系统监测运行状态72

3.5 考核评价76

任务1 实现智能家居机器人家庭巡航76

任务2 嵌入式智能家居机器人的实现76

3.6 拓展提高76

任务 智能家居机器人智能导航76

项目4 交互式智能家居机器人视觉交互控制模块设计77

4.1 项目描述77

4.2 教学目标77

4.3 知识准备78

4.3.1 Python基础编程78

4.3.2 计算机视觉库SimpleCV的运行条件82

4.3.3 计算机视觉库SimpleCV基础编程82

4.3.4 关于摄像头的选择84

4.3.5 关于视觉处理的基本概念85

4.4 任务实现85

4.4.1 测试摄像头85

4.4.2 安装并测试SimpleCV86

4.4.3 图像数据无线传输的实现87

4.4.4 图像变换与增强处理90

4.4.5 图像背景去除和轮廓提取的实现99

4.4.6 图像分割和运动物体检测的实现100

4.4.7 图像模式识别——颜色识别算法的实现105

4.4.8 图像模式识别——形状识别算法的实现109

4.5 考核评价119

任务1 条码识别119

任务2 人脸检测120

任务3 二维码识别121

4.6 拓展提高122

任务 利用智能家居机器人编写一个互动型照相馆122

项目5 交互式智能家居机器人听觉交互控制模块设计125

5.1 项目描述125

5.2 教学目标125

5.3 知识准备125

5.3.1 关于语音识别125

5.3.2 听觉交互控制模块硬件的设计思路127

5.3.3 语音感知、获取的原理128

5.4 任务实现129

5.4.1 方案设计129

5.4.2 听觉交互控制模块硬件的设计与制作129

5.4.3 语音分析处理与模式识别设计130

5.4.4 语音识别与机器人动作控制程序设计133

5.4.5 程序代码的编辑、调试及运行135

5.5 考核评价135

任务1 交互式智能家居机器人的人机对话设计135

任务2 接收主人发出的控制命令并响应136

5.6 拓展提高136

任务 智能家居语音控制机器人的动作互动136

项目6 交互式智能家居机器人触觉交互控制模块设计137

6.1 项目描述137

6.2 教学目标137

6.3 知识准备137

6.3.1 超声波传感器137

6.3.2 超声波测距的原理及计算公式138

6.3.3 关于非接触式红外触觉探测139

6.3.4 非接触式红外触觉探测传感器介绍及其控制方式140

6.3.5 非接触式温度测量140

6.3.6 非接触式温度测量传感器介绍及其控制方式141

6.4 任务实现143

6.4.1 方案设计143

6.4.2 总体硬件电路设计144

6.4.3 非接触式超声波触觉软件的编写144

6.4.4 非接触式红外触觉探测软件的编写148

6.4.5 非接触式温度触觉软件的编写149

6.4.6 程序代码的编辑、调试及运行153

6.5 考核评价153

任务1 编写感应人体接近动作的响应程序153

任务2 用超声波判断人体离机器人的距离153

任务3 智能家庭机器人非接触式人体温度测量服务154

6.6 拓展提高154

任务 基于非接触式多传感器的机器人对周围环境的监测154

项目7 交互式智能家居机器人交互模块整体软硬件调试155

7.1 项目描述155

7.2 教学目标155

7.3 知识准备155

7.4 任务实现156

7.4.1 综合方案设计156

7.4.2 整体硬件电路设计156

7.4.3 多模块智能程序的编写156

7.4.4 程序代码的编辑、调试及运行162

7.4.5 烧写可执行文件162

7.5 考核评价162

任务 触觉和听觉导航视觉综合案例162

7.6 拓展提高171

任务 触觉、听觉导航、无线数据传输和视觉信息采集显示综合编程171

附录A Linux操作系统177

A1.1 初次使用177

A1.2 浏览文件系统179

A1.3 编辑文本文件179

A1.4 管理用户181

A1.5 管理进程183

A1.6 关闭和重启智能家居机器人控制系统185

A1.7 获取帮助185

附录B 安装所需元器件清单186

附录C 调试所需仪器仪表清单187

参考文献188