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「滑板+EdgeBoard 竟能搭出AI质检流水线?」“软件杯”全国一等奖团队参赛心得
发布日期:2021-10-10T03:59:00.000+0000 浏览量:31次


“中国软件杯”大学生软件设计大赛由工信部、教育部及江苏省人民政府主办,为全国普通高校学科竞赛榜单中的重要赛事之一,旨在探索具有中国特色的软件人才产教融合培养路径,培养满足产业发展需求的特色化软件人才。


“B2-有限边缘算力下的电路板故障检测”是第十届“中国软件杯”百度飞桨支持的两个赛道之一,该赛道面向高职院校师生。


在本届赛事中,长春工业大学的“工大智联”团队,获得了高职组赛道全国一等奖的好成绩,以下是团队的参赛历程与心得:



“工大智联”队的杨小龙 张诒超 许彬(从左至右)


第十届“中国软件杯”已经接近尾声,“工大智联”队获得了全国一等奖,我们深感荣幸,没有辜负老师的指导和自己的努力,同时也很感谢软件杯组委会和百度公司提供的这次机会。


刚开始了解“软件杯”这个比赛是大一的时候听学长学姐说的,那时候对这个比赛就心向往之。今年,我们团队三人组成工大智联报名“软件杯”,达成所愿。在选题的时候,我们想到长春是中国的工业城市,我们又就读于工业大学,所以就选择了“有限边缘算力下的电路板故障检测”这一赛题。通过AI技术进行缺陷检测,不仅解放了人员需求,降低了生产成本,还对电子领域的发展具有现实的较高经济价值,能够解决制造业的显示问题和产业需求。


在报名完成后,我们对这道题展开激烈的讨论。最初,我们团队在数据集的选择上选用了组委会提供的标准数据集,另外通过爬虫等方式扩充了数据集,并对新数据集进行人工标注,使得模型精度进一步提高。


我们通过多种神经网络的对比研究,选定了PaddleDetection中快速简单,背景误检率低,通用性强速度和精度最均衡,重点解决小物体检测问题的YOLO_V3神经网络。


基于PaddleDetection的YOLO_V3


在训练的得到一个极佳的模型之后,我们开始尝试对我们的作品进行软硬件的工程化拓展,在实现的过程中,上位机控制系统与底层硬件设备的连接困扰了我们许久,最终问题得以解决,则依赖于以下三大要素:




三大要素之AI部署:

基于百度EdgeBoard

的AI解决方案




EdgeBoard开发板


EdgeBoard开发板作为百度官方开发的基于赛灵思芯片的FPGA嵌入式AI解决方案,EdgeBoard开发板具有很强的兼容性,是我们的拓展功能得以实现的重要基础。




三大要素之软硬件间通信:

SSH协议与FTP协议



FTP 工作模型


SSH协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄露问题,我们通过口令验证与指令控制EdgeBoard,实现上位机与EdgeBoard的文件传输,并基于FTP协议,管理EdgeBoard上的文件。


团队设计的电路板缺陷检测软件





三大要素之真实流水线搭建:

迭代3代,制作出

最小可行性产品




在训练出Map高达95%的模型后,我们着手搭建电路板缺陷检测的软硬一体环境。我们的硬件设备一共更新了三代。


第一代作品:用网线+椅子模拟传送带


第一代产品属于尝试,有些简陋,我们就地取材,拿实验室有的东西搭建的。网线+椅子模拟传送带,木棍支撑工业摄像头进行图像获取,将电路板打印到A4纸上,识别结果并不理想,因为A4纸上的电路板模糊不清,很难被识别出来,再加之人力拖拽存在很多不确定性,第一代产品以失败告终,我们又紧锣密鼓的研究第二代产品的搭建。


第二代作品:用滑板模拟传送带


第二代产品确实比第一代有显著提升,我们向同学借了滑板替代了之前的网线+椅子,摄像头支架还在路上,所以还是使用木棍支撑,电路板我们并没有想到更好的办法,只是将电路板放大打印,虽然识别率相较于第一代产品有明显的提升,但是并没有达到预期的效果。


第三代作品:搭建传送带分拣系统


第二代产品之后,有一段时间的空滞期,在这个期间,我们整理出能想到的最优解,并且向学校申请了资金,购买硬件设备。第三代搭建了包括传送带,伺服电机,舵机,步进电机,驱动电源, Arduino控制模块的检测和分拣平台,并且PCB打印在相片纸上,清晰度远远高于普通A4纸。第三代产品的实验是在半夜,我们发现周边环境的光源会影响识别精度,我们又为第三代产品加了照明装置。很显然这次是成功的,后续时间我们继续完善该产品,直至总决赛前夕。


决赛前夕紧张调试设备


面对总决赛答辩,我们都很忐忑,不确定自己团队的作品与其他团队的是否有一战之力。结果公布后,我们很激动,全国一等奖证明了我们这四个多月的努力没有付诸东流。整个过程中,我们团队忙得不亦乐乎,包括作品结构的设计与模型的训练到设计说明书的完成。一步步走来,有过辛勤汗水的付出,也有过成就的喜悦,最终在大家的共同努力下,拿到了这个荣誉。我代表我的团队感谢“软件杯”组委会,百度官方给我们提供的这次展现自己的机会。


队长张诒超的获奖证书


长春工业大学的宋涛老师是一等奖团队“工大智联”的指导老师,他也向飞桨发来了参赛感悟:


“软件杯的比赛已经结束,我很荣幸在我指导下我的队伍能在比赛中取得“国家一等奖”优异的成绩。这几个月“PCB缺陷检测与分拣系统”的开发与部署,是从基本功能的实现,到为整个系统添加硬件设备,最后到整个系统的整合与优化,逐步实现的。这个过程是学生们对人工智能模型与硬件的从陌生到熟悉的过程。


指导老师宋涛的获奖证书


宋涛表示,“作为指导教师,我为我的学生们进行了赛题分析,提出了大体的系统框架,在完成赛题要求的基础上我也鼓励学生们做一些功能的拓展,而学生们也不断在我提供的框架下努力,攻克难点,这个过程可能并不容易,但努力终究会有回报,最终取得了优异的成绩,希望大家再接再厉,不断突破自我,取得更加优异的成绩。”




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