基于雙核Arm Cortex M0+RP2040硬件開發(fā)

一、概述

樹莓派Pico基于其雙核Arm Cortex M0+芯片RP2040。對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，這一顆芯片，相較于傳統(tǒng)的樹莓派，更偏向一個(gè)做控制的MCU單片機(jī)，其豐富的外設(shè)IO，精巧的結(jié)構(gòu)，很難讓人相信這也是樹莓派系列。

該項(xiàng)目的想法是想突出Pico的控制性能，同時(shí)又繼續(xù)發(fā)揮樹莓派現(xiàn)有的優(yōu)良生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，放開膽子，兩個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。打造一個(gè)五子棋AI對(duì)戰(zhàn)系統(tǒng)，即：

（1）圖像識(shí)別五子棋盤；

（2）與PC通訊調(diào)用相關(guān)算法和庫(kù)，計(jì)算下一步落子；

（3）Pico通過IO控制機(jī)械結(jié)構(gòu)，放置棋子，實(shí)現(xiàn)真正意義上的人機(jī)對(duì)弈。

項(xiàng)目新意：

一方面，在軟件編程上，可以基于該項(xiàng)目平臺(tái)學(xué)習(xí)人工智能、深度學(xué)習(xí)相關(guān)的算法知識(shí)；另一方面，在硬件方面，可以學(xué)習(xí)IO控制機(jī)械臂、調(diào)用攝像頭等外設(shè)方面的硬件知識(shí)和技能。該項(xiàng)目軟硬相結(jié)合，后續(xù)再開發(fā)、在學(xué)習(xí)的潛力較大。

五子棋的算法較圍棋簡(jiǎn)單，也有較多現(xiàn)成的庫(kù)可參考。該項(xiàng)目就相當(dāng)于一個(gè)迷你版的阿爾法狗。聽起來是不是很酷！

二、技術(shù)路線

1、圖像識(shí)別

目前攝像頭初步計(jì)劃選用：OV7670攝像頭（FIFO）

（圖片見附件）

該攝像頭集成度高，調(diào)用很簡(jiǎn)單，且有一定的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)作為參考。該攝像頭清晰度做圖像識(shí)別已經(jīng)足夠。

在算法方面，采用較為成熟的Ganny算子邊緣檢測(cè)和圖像灰度處理。鑒于Pico資源有限，目前考慮Pico作為一個(gè)中繼或者是做初步處理的功能。主要算法可以通過串口通訊將數(shù)據(jù)傳遞給PC端上位機(jī)，上位機(jī)計(jì)算后識(shí)別五子棋棋子坐標(biāo)及其棋局情況。

2.下棋算法

下棋算法基于Python編程，發(fā)揮 Python強(qiáng)大的能力及生態(tài)。初步可調(diào)用現(xiàn)有的一些五子棋算法，實(shí)現(xiàn)基本功能。

更進(jìn)一步地，可以在此基礎(chǔ)上，加入AI算法和深度學(xué)習(xí)，在PC端訓(xùn)練出一個(gè)五子棋AI，計(jì)算下一步落子。該過程可開發(fā)程度較高，后期可長(zhǎng)久持續(xù)的優(yōu)化開發(fā)，可作為一個(gè)學(xué)習(xí)工具。

最終可以實(shí)現(xiàn)對(duì)弈對(duì)手難道選擇：簡(jiǎn)單、中等、困難、挑戰(zhàn)AI等模式。

3.下棋執(zhí)行

PC上位機(jī)計(jì)算得到下一步落子的位置坐標(biāo)后，將信息通過串口傳到Pico。Pico通過IO口控制機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，在棋盤相應(yīng)位置放置五子棋。

為節(jié)省資源和保證落子的準(zhǔn)確性，機(jī)械臂采用X-Y二維移動(dòng)臂+放置臂兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成

X-Y二維移動(dòng)臂采用2個(gè)步進(jìn)電機(jī)，占用4個(gè)IO;

放置臂采用2個(gè)舵機(jī)，占用4個(gè)IO;

（機(jī)械臂 圖片見附件）

為保證落子的準(zhǔn)確性，提前輸入并校準(zhǔn)棋盤各坐標(biāo)的位置（棋盤各坐標(biāo)對(duì)應(yīng)平面X-Y軸兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)量）

如有必要，可采用攝像頭輔助識(shí)別落子位置，增加落子準(zhǔn)確性。形成閉環(huán)。

三、可行性與項(xiàng)目?jī)?yōu)勢(shì)：

1.OV7670攝像頭有使用經(jīng)驗(yàn)，并有大量的現(xiàn)成資料；

2.機(jī)械臂的控制有項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可參考；

3.五子棋算法有較多可參考的算法和資料，以及有相關(guān)的五子棋算法庫(kù)可通過Python調(diào)用。相對(duì)于圍墻，五子棋算法簡(jiǎn)單，可學(xué)習(xí)性和實(shí)現(xiàn)性較強(qiáng)。

4.Pico 的外設(shè)控制豐富：30*GPIO管腳，16*PWM通道，足以實(shí)現(xiàn)上述的控制方面的要求；樹莓派及其基于microPython開發(fā)為算法的深度開發(fā)提供了強(qiáng)大的生態(tài)和資源，是其他單片機(jī)不可比擬的。

5.該項(xiàng)目平臺(tái)打造之后，也是一個(gè)深入軟硬件學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

（1）硬件方面：學(xué)習(xí)IO、機(jī)械臂控制（控制舵機(jī)、步進(jìn)電機(jī)）；攝像頭調(diào)用；串口通訊等相關(guān)硬件知識(shí)。

（2）軟件方面：除了Pico的片上編程之外，還能學(xué)習(xí)上位機(jī)編程、Python編程、AI算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等深度的軟件編程知識(shí)。是一個(gè)人工智能的學(xué)習(xí)平臺(tái)，可以用來不斷訓(xùn)練和打磨五子棋AI模型。

這是一個(gè)迷你版的阿爾法狗，同時(shí)也是真正意義上和你面對(duì)面下棋的AI。