(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010736896.5
(22)申请日 2020.07.28
地址 100190 北京市海淀区中关村东路95
号
(72)发明人 王飞跃 刘希未 宫晓燕 李强
唐瑛 熊刚 张浩楠
(74)专利代理机构 北京市恒有知识产权代理事
务所(普通合伙) 11576
代理人 郭文浩 尹文会
(51)Int.Cl.
G09B 19/00(2006.01)
G06F 8/34(2018.01)
G06N 3/08(2006.01)
(54)发明名称人工智能图形化编程教学平台及方法(57)摘要本发明涉及一种人工智能图形化编程教学平台及方法，所述教学平台包括：Jetson Nano系统运行模块，用于运行Jetson Nano系统；教学存储模块，用于存储基础人工智能算法；教学调用模块，用于基于Jetson Nano系统，根据第一指令从所述教学存储模块中调取、并辅助使用者掌握及学习所述基础人工智能算法；自动驾驶算法支持库，用于存储自动驾驶算法；自动驾驶扩展模块，用于基于Jetson Nano系统，根据第二指令从所述自动驾驶算法支持库中调取自动驾驶算法，并辅助使用者学习完成车道识别、自动避障、驾驶决策、即时定位与地图构建；集成开发模块，用于根据第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作；从而可使学生 在终端体验完整的计算处理流程。权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 111862727 A 2020.10.30
C N 111862727
A
1.一种人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述教学平台包括：
Jetson Nano系统运行模块，用于运行Jetson Nano系统；
教学存储模块，用于存储基础人工智能算法；
教学调用模块，分别与所述Jetson Nano系统运行模块、教学存储模块连接，用于基于Jetson Nano系统，根据使用者的第一指令从所述教学存储模块中调取、并辅助使用者掌握及学习所述基础人工智能算法；
自动驾驶算法支持库，用于存储自动驾驶算法；
自动驾驶扩展模块，分别与Jetson Nano系统运行模块及自动驾驶算法支持库连接，用于基于Jetson Nano系统，根据使用者的第二指令从所述自动驾驶算法支持库中调取自动驾驶算法，并辅助使用者学习完成车道识别、自动避障、驾驶决策、即时定位与地图构建；
集成开发模块，与Jetson Nano系统运行模块连接，用于根据使用者的第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作。
2.根据权利要求1所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述基础人工智能算法包括图像分类、对象检测、目标跟踪、语义分割、语音识别、文本识别、自然语言处理中至少一者。
3.根据权利要求1所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述集成开发模块分为离线开发模块及线上开发模块。
4.根据权利要求1所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述集成开发模块包括：图形界面子模块、虚拟机子模块、代码转换子模块和通信管理子模块；其中，所述图形界面子模块用于实现集成开发环境的软件界面；
所述虚拟机子模块用于实现代码解释和编译的底层机制和驱动程序；
所述代码转换子模块用于根据用户的第三指令实现图形化编码和python文本代码之间的切换；
所述通信管理子模块分别与所述代码转换子模块及Jetson Nano运行系统模块连接，所述通信管理子模块用于将转换后可解释执行的python代码发送到Jetson Nano系统，并启动执行。
5.根据权利要求1所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述教学平台还包括：
外接电子设备，分别与所述教学调用模块、自动驾驶扩展模块、集成开发模块及Jetson Nano系统运行模块连接。
6.根据权利要求5所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述外接电子设备包括通过GPIO连接的多个传感器、执行器，
其中，各所述传感器分别与Jetson Nano运行系统模块连接，各所述传感器用于将智能感知的信息发送至Jetson Nano系统；
执行器分别与所述教学调用模块、自动驾驶扩展模块及集成开发模块连接，用于发送第一指令、第二指令、第三指令。
7.根据权利要求5所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述外接电子设备还包括：
显示设备，与Jetson Nano运行系统连接，用于显示基于Jetson Nano系统运行时的基
础人工智能算法或自动驾驶算法的学习过程或者作品的制作过程。
8.根据权利要求7所述的人工智能图形化编程教学平台，其特征在于，所述显示设备为支持HDMI接口或支持转为HDMI接口的显示设备。
9.一种人工智能图形化编程教学方法，其特征在于，所述教学方法包括：
在存储卡中烧录含有开发工具的系统镜像文件；
将烧录好的存储再把卡插入到权利要求1-8中任一项所述的人工智能图形化编程教学平台中，运行Jetson Nano系统；并完成以下任意操作：
接收使用者的第一指令，并根据所述第一指令调取、并辅助使用者掌握及学习所述基础人工智能算法；
接收使用者的第二指令，并根据所述第二指令调取自动驾驶算法，并辅助使用者学习完成车道识别、自动避障、驾驶决策、即时定位与地图构建；
接收使用者的第三指令，并根据所述第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作。
10.根据权利要求9所述的人工智能图形化编程教学方法，其特征在于，所述根据所述第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作，具体包括：在集成开发环境的代码编辑区完成一段自动驾驶代码程序或打开示例程序；
编程平台将该段代码程序通过WIFI网络连接下发到Jetson Nano系统；
当设备端程序服务接收到编程平台通过网络连接发过来的代码消息后，调用python解释器将代码解释执行；
通过查看调试命令输出区确定要输出的调试信息；
保存自动驾驶训练模型代码。
人工智能图形化编程教学平台及方法
技术领域
[0001]本发明涉及人工智能技术领域，特别涉及一种基于嵌入式高性能计算的人工智能图形化编程教学平台及方法。
背景技术
[0002]随着人工智能技术的快速发展，人工智能在各行业、各领域得到了广泛应用，并成为了全球国际竞争和产业变革的新焦点。世界各国陆续提出应在中小学阶段就开始设置人工智能相关课程，并逐渐形成了包括人工智能应用软件、编程平台和智能机器人搭建模块为主要模块的中小学人工智能教育装备体系。而现有的教育装备因尚欠缺系统性、易用性，中小学生需要一种符合其认知水平的、难度梯度递进的、系统性人工智能教学系统，使其通过引导和自主学习了解人工智能的各级知识。
[0003]目前已经涌现出一批教育机器人的研究机构，其研究方向涉及机器人教学，人机互动和自闭症儿童教育等，并被应用于STEAM(科学、技术、工程、艺术和数学，Science, Technology,Engineering,Arts,and Mathematics)融合教育、儿童娱乐教育同伴和远程控制机器人等方面。
基于Micro:bit或Arduino开源硬件平台的教学套件、无人机以及智能音响类智能家居等产品已成为学生体验和实践人工智能技术的主要渠道，将来还会有越来越多的教育机器人应用到线下教育场景中。
[0004]然而，现有人工智能教学设备以经典传感控制功能为主。虽然它们也有一些计算机视觉、智能语音编程产品，但需调用远程服务器的计算服务，学生在终端无法体验完整的数据收集、特征提取、深度神经网络训练、测试验证等深度人工智能算法的计算处理流程。
发明内容
[0001]为了解决现有技术中的上述问题，即为了使学生在终端体验完整的计算处理流程，本发明的目的在于提供一种基于嵌入式高性能计算的人工智能图形化编程教学平台及方法。
[0002]为解决上述技术问题，本发明提供了如下方案：
[0003]一种人工智能图形化编程教学平台，所述教学平台包括：
[0004]Jetson Nano系统运行模块，用于运行Jetson Nano系统；
[0005]教学存储模块，用于存储基础人工智能算法；
[0006]教学调用模块，分别与所述Jetson Nano系统运行模块、教学存储模块连接，用于基于Jetson Nano系统，根据使用者的第一指令从所述教学存储模块中调取、并辅助使用者掌握及学习所述基础人工智能算法；
[0007]自动驾驶算法支持库，用于存储自动驾驶算法；
[0008]自动驾驶扩展模块，分别与Jetson Nano系统运行模块及自动驾驶算法支持库连接，用于基于Jetson Nano系统，根据使用者的第二指令从所述自动驾驶算法支持库中调取自动驾驶算法，并辅助使用者学习完成车道识别、自动避障、驾驶决策、即时定位与地图构
建；
[0009]集成开发模块，与Jetson Nano系统运行模块连接，用于根据使用者的第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作。
[0010]可选地，所述基础人工智能算法包括图像分类、对象检测、目标跟踪、语义分割、语音识别、文本识别、自然语言处理中至少一者。
[0011]可选地，所述集成开发模块分为离线开发模块及线上开发模块。
[0012]可选地，所述集成开发模块包括：图形界面子模块、虚拟机子模块、代码转换子模块和通信管理子模块；其中，
[0013]所述图形界面子模块用于实现集成开发环境的软件界面；
[0014]所述虚拟机子模块用于实现代码解释和编译的底层机制和驱动程序；
[0015]所述代码转换子模块用于根据用户的第三指令实现图形化编码和python文本代码之间的切换；
[0016]所述通信管理子模块分别与所述代码转换子模块及Jetson Nano运行系统模块连接，所述通信管理子模块用于将转换后可解释执行的python代码发送到Jetson Nano系统，并启动执行。
[0017]可选地，所述教学平台还包括：
[0018]外接电子设备，分别与所述教学调用模块、自动驾驶扩展模块、集成开发模块及Jetson Nano系统运行模块连接。
[0019]可选地，所述外接电子设备包括通过GPIO连接的多个传感器、执行器，
[0020]其中，各所述传感器分别与Jetson Nano运行系统模块连接，各所述传感器用于将智能感知的信息发送至Jetson Nano系统；
[0021]执行器分别与所述教学调用模块、自动驾驶扩展模块及集成开发模块连接，用于发送第一指令、第二指令、第三指令。
[0022]可选地，所述外接电子设备还包括：
[0023]显示设备，与Jetson Nano运行系统连接，用于显示基于Jetson Nano系统运行时的基础人工智能算法或自动驾驶算法的学习过程或者作品的制作过程。
[0024]可选地，所述显示设备为支持HDMI接口或支持转为HDMI接口的显示设备。[0025]为解决上述技术问题，本发明还提供了如下方案：
[0026]一种人工智能图形化编程教学方法，所述教学方法包括：
[0027]在存储卡中烧录含有开发工具的系统镜像文件；
[0028]将烧录好的存储再把卡插入到上述人工智能图形化编程教学平台中，运行Jetson Nano系统；并完成以下任意操作：
[0029]接收使用者的第一指令，并根据所述第一指令调取、并辅助使用者掌握及学习所述基础人工智能算法；
[0030]接收使用者的第二指令，并根据所述第二指令调取自动驾驶算法，并辅助使用者学习完成车道识别、自动避障、驾驶决策、即时定位与地图构建；
[0031]接收使用者的第三指令，并根据所述第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进行作品的制作。
[0032]可选地，所述根据所述第三指令，基于运行的Jetson Nano系统及集成开发环境进
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