给中药房装上“AI大脑”——我的智能本草小助手

【演示视频】

【项目背景】

       中医药是中华民族的瑰宝，承载着数千年的诊疗智慧与养生哲学。然而，在传统中医馆中，调剂师往往需要熟记数百种药材的功效、性状及存放位置，面对处方时快速抓药、精准称重。这不仅考验超强的记忆力，更依赖长期跟师实践的积累，人才培养周期长、工作强度大。与此同时，中药知识体系博大精深，普通大众尤其是青少年，常因缺乏直观、有趣的互动学习途径，而对中医药文化望而却步。

       近年来，人工智能与物联网技术飞速发展，智能终端已渗透到各行各业。青少年科技创新大赛一贯鼓励用前沿技术解决真实世界的问题——这正是我的项目出发点：为中药房设计一款兼具“实用工具”与“科普终端”双重功能的智能设备，既帮助调剂师高效工作，又让大众轻松学习中药知识，让古老的本草在AI时代焕发新的生机。

【功能亮点】

       本作品以两块行空板K10为核心，搭配AI视觉摄像头、角度传感器及语音播报模块，实现了以下五大交互功能：

       1、中药文化 —— 旋转角度传感器浏览不同中药文化主题（如“四气五味”“道地药材”等），内容实时显示在屏幕上；按下确认按钮，即可语音播报该文化知识的详细介绍，让文化传递“有声有色”。

       2、寻找药材 —— 说出药材名称，设备自动识别语音指令，屏幕立刻显示该药材的图片、功效以及它在药柜中的精确抽屉序号，同时语音播报位置，帮助调剂师快速定位，告别“满屋找药”。

       3、学习药材 —— 旋转角度传感器逐一切换药材条目，屏幕展示药材名称、高清图片和核心功效；按下按钮，语音助手便会娓娓道来该药材的性味归经与临床应用，是初学者随学随记的“电子本草师”。

       4、识别药材 —— 调用AI视觉摄像头的物体分类识别功能，对准药材即可自动识别，屏幕同步显示名称、图片和功效，并语音播报结果。无论是教学演示还是日常复核，都能大幅提升效率与准确性。

       5、专家问答 —— 集成千问、DeepSeek、豆包、等主流大模型，用户可随时向其中任意模型提问（如“感冒初期适合用哪味药？”），模型将给出专业、详尽的回答，并支持模型切换，满足不同偏好。  

图1

图2

【硬件清单】

       硬件选型遵循“功能适配、性价比优先”原则，兼顾稳定性与扩展性。具体清单如下：

【设计与组装】

       1、外观结构件设计与切割

       外壳选用厚度为3mm的椴木板，兼顾强度与轻便性。先在电脑上使用LaserMaker软件绘制结构图纸，精确规划两块行空板、摄像头、传感器及按钮的安装孔位，设计时特意将屏幕置于前方中央，摄像头位于顶部，方便取景；旋钮和按钮分布在左右两侧，设计图如图3所示。将设计好的图纸导入激光切割机，加工出所有结构件。

图3

       2、固定主控板。将两块行空板K10分别固定在前面板和后面板上，如图4、图5所示。

图4

图5

       3、安装传感器与摄像头。安装角度传感器（用于选择）、按钮（用于确认/播报）和AI摄像头，位置布局如图6所示。

图6

       4、 安装电源模块并与底板组装。安装电源模块并与底板进行组装，如图7所示。

图7

       5、组装侧板。将底板与四周侧板拼合固定，形成完整机箱框架，如图8所示。

图8

       6、线路连接。将所有传感器、摄像头、按钮通过排线连接至行空板K10的对应GPIO接口（图9），接线原理如图10所示。

图9

图10

       7、最后将面板安装好，整个作品组装就完成，如图11所示。

图11

【程序编写】

       1、 素材准备。将所需图片和音频文件复制到SD卡根目录，并将SD卡插入行空板K10。素材如图12所示。

图12

       2、中药识别训练。HuskyLens二哈识图是一款简单易用的AI视觉传感器，内置人脸识别、物体追踪、物体识别、巡线追踪、颜色识别、标签识别、物体分类等7种功能。仅需一个按键即可完成AI训练，摆脱繁琐的训练和复杂的视觉算法，让开发者更专注于项目构思。本作品使用其中的物体分类功能——可学习不同物体的多张照片，通过内置机器学习算法训练，之后摄像头再次识别到学习过的物体时，便会显示其ID号。同一物体照片学得越多，识别越精准。详细训练步骤可参考官方Wiki（https://wiki.dfrobot.com.cn/_SKU_SEN0305_Gravity__HUSKYLENS_人工智能摄像头），如图13所示。

图13

       3、编程环境搭建。采用Mind+软件作为核心编程工具，利用其图形化与代码化结合的优势，降低编程难度，适配青少年开发场景。打开Mind+，切换至“上传模式”，点击“扩展”进入库管理页面，如图14所示。

图14

       4、加载所需扩展库。在“主控板”选项卡中选择“行空板K10”作为本次编程使用的主控设备；在“传感器”选项卡中分别加载“HUSKYLENS AI摄像头”，点击“返回”回到主界面，完成扩展添加，如图15~图16所示。

图15

图16

       5、传感器初始化。对HUSKYLENS AI摄像头、语音识别模块和语音合成模块进行初始化。将AI摄像头切换至“标签识别”算法模式，增加ID为1~4的四条命令词，并设置语音合成语速为0，如图17所示。

图17

       6、添加图片及变量。显示封面图片，并创建“模式”、“次数”2个变量，分别赋初值0、-1，如图18所示。

图18

       7、主循环与函数定义。新建“中药文化”、“寻药”、“学习”、“识药”四个自定义函数。在主“循环执行”中，通过判断变量“模式”的值分别调用相应函数，如图19所示。

图19

       8、模式切换逻辑。变量“模式”的值由按键A按下的次数控制。每按下一次按键A，变量“次数”增加1，再根据“次数”除以4的余数确定“模式”的值，分别对应“中药文化”、“寻药模式”、“学药模式”和“识药模式”，并同步显示对应图片和播报提示语音，如图20所示。

图20

       9、停止播放功能。编写按下按键B停止音频播放的程序，以便用户随时中止当前播报，如图21所示。

图21

       10、中药文化函数。通过读取P1接口上角度传感器的值，触发屏幕显示对应文化主题内容；按下P0接口上的按钮，启动语音播报，如图22所示。

图22

       11、学药函数。根据角度传感器值切换药材条目，屏幕显示药材名称、图片及主要功效；按下按钮播报详细性味归经与临床应用，如图23所示。

图23

       12、寻药函数。接收语音输入的中药名称，解析后在屏幕展示药材图片、功效及抽屉序号，并同步播报位置提示，图23所示。

图24

       13、识药函数。调用AI视觉摄像头的物体分类识别功能，自动识别药材ID号；按下P0按钮后显示相关信息并语音播报，如图25所示。

图25

       14、专家问答模式。集成千问、DeepSeek、豆包等大模型，支持用户输入问题，接收并展示模型的回答结果。

实现方法是将“小智”固件刷入行空板K10。行空板官网提供了免编译固件，仅需简单烧录上传，即可让K10变为响应式智能终端，支持多轮对话、唤醒词检测和实时翻译。详细步骤请参阅：https://www.unihiker.com.cn/wiki/k10/xiaozhi_ai，如图26所示。

图26

       15、 完整程序总览。最终完整程序如图27所示。

图27

【作品调试】

       功能测试：分别对中药文化、寻找药材、学习药材、识别药材、专家问答五大模块进行单独测试，验证功能是否符合设计预期。

       性能测试：测试 AI 摄像头的药材识别准确率、语音指令响应速度、角度传感器的选择灵敏度，以及设备连续运行的稳定性。

       优化调整：针对测试中出现的识别误差、响应延迟、连接故障等问题，进行硬件固定调整、程序逻辑优化，确保设备性能达标。

       最后，我们用纸盒制作了一个小型中药柜，放入不同药材并标注序号，如图28所示。

图28

【总结】

       本项目以行空板K10和AI视觉摄像头为核心，成功打造了一款集中药文化科普、快速寻药、学习记忆、视觉识别与智能问答于一体的“智能本草小助手”。作品将古老的中医药知识与现代科技技术深度融合，既解决了中药房调剂工作中“记忆负担重、定位耗时长”的实际痛点，又为青少年及大众提供了一个生动、交互的中医药学习平台。

通过本次创作，我深刻体会到人工智能并非遥不可及的高深技术，而是可以落地于身边具体问题、服务于人文传承的实用工具。期待更多青少年朋友能关注传统与现代的结合，用科技之力为中华优秀传统文化注入新的活力。

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