AI智能購(gòu)物車設(shè)計(jì)

主講人：呂啟剛 林福軍

呂啟剛

浙江省舟山市定海小學(xué)信息科技教師，定海區(qū)信息科技學(xué)科基地負(fù)責(zé)人，2021十大創(chuàng)客教育年度人物，“之江匯”省級(jí)講師，浙江省數(shù)字教育資源公共服務(wù)體系服務(wù)隊(duì)伍2021年度優(yōu)秀培訓(xùn)講師，舟山市“技術(shù)與教學(xué)融合應(yīng)用聯(lián)盟”金牌講師。在中小學(xué)信息素養(yǎng)提升活動(dòng)中，指導(dǎo)學(xué)生連續(xù)四年獲得省一等獎(jiǎng)，兩次入圍全國(guó)活動(dòng)。

項(xiàng)目背景

隨著科技的發(fā)展，有些超市出現(xiàn)了一種具有自助結(jié)算功能的購(gòu)物車。這種購(gòu)物車的出現(xiàn)，既節(jié)省了客戶排隊(duì)結(jié)算物品的時(shí)間，又減少了人工收銀臺(tái)的數(shù)量，減輕了超市運(yùn)營(yíng)成本。為此，我們以“AI智能購(gòu)物車”為主題，在小學(xué)六年級(jí)開展人工智能項(xiàng)目課堂教學(xué)。

課例特色

本次項(xiàng)目的總體目標(biāo)是制作一款能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)識(shí)別商品標(biāo)簽、購(gòu)物金額累加、自主打印購(gòu)物小票的智能購(gòu)物車，以解決人們?nèi)コ匈?gòu)物結(jié)賬排隊(duì)的煩惱，并節(jié)約超市成本。

項(xiàng)目中綜合運(yùn)用了AI圖像識(shí)別技術(shù)、商品金額累加算法、熱敏打印機(jī)串口打印等，并且需要用激光切割3mm椴木板制作智能購(gòu)物車的結(jié)構(gòu)造型，屬于綜合實(shí)踐項(xiàng)目。

項(xiàng)目基于學(xué)生的興趣，以探究性學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式，將學(xué)生已學(xué)的創(chuàng)客知識(shí)技能和新的知識(shí)充分結(jié)合應(yīng)用到實(shí)踐活動(dòng)中，培養(yǎng)他們跨學(xué)科解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及創(chuàng)新能力。

教學(xué)目標(biāo)

1.熟練掌握二哈識(shí)圖（HuskyLens）識(shí)別模塊識(shí)別標(biāo)簽的方法。

2.在項(xiàng)目的基礎(chǔ)上掌握熱敏打印機(jī)的使用方法。

3.能夠通過(guò)小組分工合作運(yùn)用激光繪圖建模軟件LaserMaker繪制智能購(gòu)物車的激光切割圖紙，并使用椴木板進(jìn)行組裝。

4.學(xué)會(huì)小組協(xié)作運(yùn)用排查法來(lái)解決項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：圖像識(shí)別模塊使用方法的鞏固。

教學(xué)難點(diǎn)：用排查法來(lái)解決項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題。

教學(xué)準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：本項(xiàng)目在創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，采用分組的形式，5人左右為一組，共分為八組，程序設(shè)計(jì)軟件為Mind+，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)用的是網(wǎng)絡(luò)微型數(shù)據(jù)庫(kù)TinyWebDB。

主要器材（每組）：1.電腦1臺(tái)，掌控板、擴(kuò)展板各1套，二哈識(shí)圖視覺(jué)傳感器1個(gè)，按鍵模塊1個(gè)，熱敏打印機(jī)模塊1個(gè)，3mm椴木板若干，打印標(biāo)簽若干張。2.請(qǐng)學(xué)生各自提前準(zhǔn)備3件小體積“商品”。

教學(xué)過(guò)程

1.項(xiàng)目導(dǎo)入

師：同學(xué)們，你們有沒(méi)有看過(guò)一種具有自動(dòng)結(jié)算功能的購(gòu)物車？（PPT出示圖片）這種購(gòu)物車具有掃碼加購(gòu)的功能，客戶可以直接在購(gòu)物車自主結(jié)算。那么，這種購(gòu)物車有什么優(yōu)點(diǎn)？

生：這種購(gòu)物車可以節(jié)省顧客排隊(duì)結(jié)賬的時(shí)間，同時(shí)商場(chǎng)的人工收銀臺(tái)也可以適當(dāng)減少，節(jié)省超市的運(yùn)營(yíng)成本。

師：我們今天也來(lái)模擬制作一個(gè)超市自動(dòng)結(jié)算的購(gòu)物車，同學(xué)們以小組合作的方式進(jìn)行組隊(duì)完成這次項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，項(xiàng)目的主題是“AI智能購(gòu)物車”。

2.項(xiàng)目規(guī)劃

本次項(xiàng)目我們將安排4課時(shí)來(lái)完成，大致安排如下：第1、2課時(shí)完成智能購(gòu)物車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工和組裝，并安裝好主要傳感器模塊，完成智能購(gòu)物車整體結(jié)構(gòu)造型方面的任務(wù)。第3、4課時(shí)完成傳感器測(cè)試、程序測(cè)試、項(xiàng)目裝飾、項(xiàng)目展示。

項(xiàng)目開工之前，我們需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃，請(qǐng)各組列出項(xiàng)目清單和項(xiàng)目功能列表。我們需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有：（1）商品掃碼后計(jì)入總金額；（2）按鍵清零功能；（3）打印小票功能。

商品加入購(gòu)物車后的信息需要傳遞給打印機(jī)，我們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)微型數(shù)據(jù)庫(kù)TinyWebDB來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)我們按一下打印按鈕后，打印機(jī)端就能無(wú)線打印購(gòu)物小票。整體項(xiàng)目示意圖如圖1所示。

3.設(shè)計(jì)智能購(gòu)物車，測(cè)試傳感器

項(xiàng)目制作的第一步是購(gòu)物車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感器的測(cè)試，我們可以將每組組員分成兩部分，一部分設(shè)計(jì)圖紙，一部分測(cè)試傳感器。

（1）智能購(gòu)物車結(jié)構(gòu)使用的是3mm椴木板，我們用激光繪圖建模軟件LaserMaker進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到已有椴木板的大小，畫圖尺寸盡量不要超過(guò)30cm×60cm。學(xué)生小組完成設(shè)計(jì)后，將設(shè)計(jì)稿發(fā)給教師。激光切割好的智能購(gòu)物車結(jié)構(gòu)零件如圖2所示。

（2）每次做項(xiàng)目之前我們需要先對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試，這里我們需要測(cè)試二哈識(shí)圖模塊識(shí)別標(biāo)簽的功能和熱敏打印機(jī)串口打印的功能，測(cè)試之前先給商品貼上標(biāo)簽。

4.程序設(shè)計(jì)

首先，我們需要建立三個(gè)列表，包括商品名稱、商品價(jià)格、英文名稱（因?yàn)闊崦舸蛴C(jī)打印中文的程序編寫比較復(fù)雜，所以這里降低難度，打印英文或者拼音），然后添加商品和價(jià)格到列表中。

把商品的標(biāo)簽對(duì)準(zhǔn)智能購(gòu)物車的二哈識(shí)圖模塊，二哈識(shí)圖模塊識(shí)別出物品的ID，并根據(jù)物品的ID找到價(jià)格，進(jìn)行金額累加，同時(shí)把購(gòu)物信息發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)需要購(gòu)買的商品被全部掃碼加入完畢后，按下打印按鈕，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接熱敏打印機(jī)的主控讀取物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的購(gòu)物信息，并串口輸出進(jìn)行打印。打印小票難度比較大，各組可以根據(jù)自己的實(shí)際水平來(lái)決定是否需要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。商品標(biāo)簽掃碼識(shí)別部分程序圖如圖3所示，小票打印部分程序圖如圖4所示。

5.項(xiàng)目整體調(diào)試和改進(jìn)

項(xiàng)目已經(jīng)初步完成了（AI智能購(gòu)物車如圖5所示），我們需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體測(cè)試，并完成裝飾美化，對(duì)一些細(xì)節(jié)問(wèn)題還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

6.項(xiàng)目展示和評(píng)價(jià)

各學(xué)生小組向全班展示自己組的項(xiàng)目，展示的要求如下：（1）兩人操作裝置，一人解說(shuō)。（2）解說(shuō)要重點(diǎn)說(shuō)明項(xiàng)目的特點(diǎn)、制作中遇到的問(wèn)題以及如何解決問(wèn)題，項(xiàng)目后續(xù)改進(jìn)的展望等。其他學(xué)生看完展示的項(xiàng)目后進(jìn)行打分，最好能對(duì)項(xiàng)目提出一些改進(jìn)建議。

實(shí)踐反思

本項(xiàng)目主題貼近生活，學(xué)生參與的熱情高，特別是熱敏打印，很受學(xué)生歡迎。本次的項(xiàng)目制作有一定的難度，需要學(xué)生有良好的創(chuàng)客編程和激光切割圖紙?jiān)O(shè)計(jì)基礎(chǔ)。采用小組合作的形式，有助于學(xué)生解決問(wèn)題。教師對(duì)組員要進(jìn)行合理分配，把水平高的學(xué)生分別安排到各組中。激光切割比較費(fèi)時(shí)間，課內(nèi)無(wú)法完成全部的切割加工，因此智能購(gòu)物車的組裝需要課后去進(jìn)行，或者另外安排時(shí)間。