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Raspberry Pi AI Camera

CP 值爆表!用 Raspberry Pi 打造 AI 視覺專案,免花大錢超越想像!

樹莓派 Raspberry Pi 一直是最受歡迎的開發平台,原廠推出的 AI 相機攝影模組,讓影像與人工智慧應用變得更平易近人。這篇文章將帶您一步步了解它的功能、應用,並附上實際安裝教學和可直接運行的範例程式碼,讓您在 5 分鐘內就能跑出您的第一個 AI 專案。

Raspberry Pi AI Camera 是什麼?

Raspberry Pi AI Camera 是一款支援高解析度的攝影模組,可搭配 Raspberry Pi 4 或 5 使用。它的強大之處在於能與 OpenCV TensorFlow Lite 等 AI 工具無縫整合,實現即時影像辨識、物件追蹤等功能。

這款模組適合做什麼?

  • AI 教育入門專案
  • 智慧家庭監控系統
  • 客製化人臉辨識門禁
  • 商店客流分析與統計
  • 智慧寵物餵食器或互動玩具

專案硬體準備清單

  1. Raspberry Pi 4 或 5 (建議搭配風扇或散熱片)
  2. AI 相機模組
  3. 高速 microSD 記憶卡 (建議 32GB 以上)
  4. 螢幕、滑鼠、鍵盤 (或透過 SSH 遠端連線)

安裝與設定教學:五分鐘點亮你的 AI 之眼

步驟一:安裝 Raspberry Pi OS

請至Raspberry Pi 官方網站下載 Raspberry Pi Imager 工具,並使用它將最新版的 Raspberry Pi OS (64-bit with desktop) 安裝到您的 microSD 卡中。

步驟二:啟用相機介面

將記憶卡插入 Pi 並開機後,打開終端機 (Terminal),輸入指令 sudo raspi-config。在選單中,依序選擇:「3 Interface Options」→「C1 Camera」,選擇 <Yes> 來啟用相機功能。完成後,系統會提示您重新啟動,請選擇 Yes。

步驟三:測試相機是否正常運作

重新開機後,再次打開終端機,輸入測試指令:libcamera-hello。如果螢幕上成功顯示了幾秒鐘的即時影像畫面,就代表您的相機已經設定完成!

步驟四:安裝 OpenCV 函式庫

OpenCV 是我們用來進行影像處理與人臉偵測的核心工具。在終端機中,輸入以下指令來更新並安裝:

sudo apt update
sudo apt install python3-opencv -y

步驟五:執行人臉偵測範例程式碼

安裝完畢後,從應用程式選單中打開 Thonny Python IDE,建立一個新的 Python 檔案 (例如 `face_detect.py`),並將以下程式碼完整複製貼上。


import cv2

# 啟動攝影機 (通常是 0 號)
cap = cv2.VideoCapture(0)

# 載入 OpenCV 內建的、預先訓練好的人臉偵測模型
face_cascade = cv2.CascadeClassifier(cv2.data.haarcascades + 'haarcascade_frontalface_default.xml')

while True:
    # 讀取每一幀的影像
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        print("無法讀取影像,請確認相機連接。")
        break

    # 將彩色影像轉換為灰階 (有助於偵測)
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 執行人臉偵測
    faces = face_cascade.detectMultiScale(gray, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5, minSize=(30, 30))

    # 在偵測到的人臉周圍畫上藍色方框
    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(frame, (x, y), (x+w, y+h), (255, 0, 0), 2)

    # 顯示結果影像
    cv2.imshow('AI Face Detection by TaiwanIOT.com', frame)

    # 按下 'q' 鍵即可退出迴圈
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# 釋放資源並關閉所有視窗
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

點擊 Thonny 的「運行」按鈕,然後看看螢幕上的神奇效果吧!

專家提示: 這段程式碼中的 cv2.imshow() 指令需要在圖形化桌面環境下運行。如果您使用的是沒有桌面的 Raspberry Pi OS Lite 版本,並透過 SSH 連線,將無法看到影像視窗。


CP 值最高的 AI 視覺入門磚

這顆 Raspberry Pi AI 相機是每個 AIoT 初學者、開發者或老師的好幫手。它證明了您不需要花大錢購買 NVIDIA Jetson 或其他高階運算模組,也能透過 Raspberry Pi 與 Python,打造出功能完整、充滿樂趣的智慧視覺應用。


延伸閲讀

Arduino uno 可以做什麼?6大應用指南帶你從零開始玩轉開發板

想玩 Arduino Uno 卻不知從何開始?本文精選6個超有趣的新手專案,從智慧檯燈到溫濕度計,讓你零基礎也能做出實用作品。提供專案概念與所需材料清單,立即點燃你的創客魂!

什麼是 Arduino Uno?

Arduino Uno 是一款基於 ATmega328P 微控制器的開源開發板。它擁有 14 個數位輸入/輸出腳位(其中 6 個可作 PWM 輸出),6 個類比輸入,以及 USB 供電和通訊接口。
它被廣泛應用於學術、創客、工程設計與 IoT 原型開發,是初學者與專業人員都愛用的基礎工具。

Arduino Uno 可以做什麼?

以下是幾個熱門應用範例,不僅容易實作,也非常適合學習與展示:

自動化控制系統

用 Arduino Uno 控制繼電器模組,可製作自動開關燈、風扇、插座等裝置,實現居家自動化控制。

簡易智慧家居專案

結合紅外線接收器、感測器與控制模組,你可以打造紅外線遙控燈光、光感應燈、自動窗簾等智慧裝置。

機器人與自走車

Arduino Uno 可與馬達驅動板(L298N)搭配使用,製作避障小車、循跡機器人、語音控制小車等多種互動機器人。

環境監測系統

透過 DHT11MQ-2 等感測器,你可以製作溫濕度監測器、空氣品質偵測器,並可延伸至 IoT 應用。

 LED 燈光與互動裝置

LED蜂鳴器紅外線感測器創造互動燈箱、感應燈光、音樂裝置,適合創意設計與展覽用途。

STEM 教育與課堂專題

許多學校利用 Arduino Uno 教授程式設計與基礎電學,學生可以藉此完成專題製作或創意競賽。

為什麼選擇 Arduino Uno?

  • 入門簡單:眾多教學資源與範例專案,新手也能快速學會。
  • 擴充模組多:可連接藍牙、Wi-Fi、感測器等模組,功能彈性大。
  • 全球社群活躍:找不到解法?社群論壇一定有人遇過,資源超豐富。
  • 開放原始碼:硬體、軟體都可自由修改與擴充,支援創新應用。

Arduino Uno 是創客入門的最佳拍檔

給初學者的定心丸:真的沒寫過程式也能玩!

很多人聽到「電子開發」或「物聯網」就覺得門檻很高,擔心自己不懂程式。但這正是 Arduino Uno 最棒的地方!它被設計出來,就是為了讓沒有程式背景的人也能輕鬆上手。

別怕寫程式,你只需要「複製貼上」!

Arduino 的程式語言雖然基於 C++,但已經被簡化得像英文單字一樣直觀。更重要的是,網路社群上充滿了大量的現成範例程式碼。對初學者來說,你完全不需要從零開始寫程式,只要找到符合你需求的專案範例,將程式碼複製貼上,稍微修改幾個參數(例如腳位或時間),就能讓你的專案動起來。

透過這個過程,你不是在硬背程式,而是在模仿中學習。當你做出一個又一個專案後,自然會慢慢理解每個指令的作用,最終也能自己創造出獨特的程式邏輯。

所以,如果你對電子開發充滿熱情,但又擔心程式問題,請放心,Arduino Uno 就是你的最佳起點。現在,就一起動手來玩吧!

常見問題(FAQ)

Arduino Uno 適合完全沒經驗的新手嗎?

是的,Arduino Uno 是專為初學者設計的開發板,即使沒有程式經驗,也可以透過大量範例與教學快速上手。

Arduino Uno 有哪些應用範圍?

Arduino Uno 常用於智慧家庭、環境監控、學生專題、感測器實驗、LED 控制、自走車等各類電子創作與原型設計。

Arduino Uno R3 和 Uno R4 有什麼差別?

Uno R4 使用更快的 32 位元處理器,記憶體更大,支援 USB-C 與 CAN Bus,效能較 Uno R3 明顯提升。適合進階使用或需要較大資源的應用。

要學 Arduino Uno 需要先學 C++ 嗎?

不需要。Arduino 使用簡化過的 C 語言結構,有大量範例與教學,許多初學者都是邊學邊做逐漸熟悉的。

Arduino Uno 可以取代樹莓派嗎?

不行。Arduino Uno 是微控制器(MCU),適合控制感測器與簡單邏輯,而樹莓派是微型電腦(CPU),適合跑作業系統與影像處理等任務。

延伸閱讀

Arduino Alvik 機器人

Arduino Alvik 開源機器人全攻略:從功能特色到程式安裝教學

Arduino Alvik 是一款由 Arduino 及其合作夥伴開發的開源機器人平台,旨在讓使用者學習和實踐機器人技術,並提供廣泛的硬體和軟體支援。這款機器人設計簡單、易於擴展,完美結合了 Arduino 開源硬體的優勢,適合各種年齡層的學習者,從入門到進階者都能使用它來進行各種有趣的專案。 Alvik 機器人的設計專注於靈活性和可擴展性,使用者可以根據自己的需求選擇不同的感測器、馬達和其他外部設備進行定制,創造不同的功能和應用場景。這使得它不僅適合機器人愛好者,也適合教育領域中的 STEM 教學。

 

主要特點:

  1. 開源平台:Arduino Alvik 是一個完全開源的機器人平台,這意味著用戶可以查看並修改其硬體設計和軟體代碼。這使得它成為學習機器人技術和編程的理想工具。
  2. 兼容 Arduino 生態系統:這款機器人與 Arduino 開發板和其他 Arduino 擴展模組兼容,用戶可以輕鬆擴展硬體來加入更多功能,如感測器、顯示器和無線通信模組等。
  3. 可編程性:Arduino Alvik 支援基於 Arduino IDE 的編程環境,用戶可以使用 C/C++ 編程語言來設計機器人的行為和功能。
  4. 簡單的硬體設計:Alvik 機器人的設計簡單,易於組裝和維護,即使是沒有硬體設計經驗的使用者也能輕鬆上手。
  5. 多樣化的應用場景:從簡單的機器人行走到複雜的自動導航,Arduino Alvik 提供了豐富的擴展性,讓使用者可以構建各種應用,例如循跡機器人、聲音識別、避障系統等。

 

安裝指南

要在 Arduino Alvik 機器人上安裝程式碼,您可以使用 Arduino Lab for MicroPython 或 Arduino IDE。以下是兩種方法的詳細步驟:

方法一:使用 Arduino Lab for MicroPython

  1. 下載並安裝 Arduino Lab for MicroPython:
    • 前往 Arduino Lab for MicroPython 頁面,下載適用於您作業系統的版本。
    • 安裝完成後,啟動該應用程式。
  2. 連接 Alvik 機器人:
    • 使用 USB-C 線纜將 Alvik 機器人連接到電腦。(註:電腦是透過 USB 供電給控制板,因此無論機器人電源開關是否開啟,電腦皆可識別。但建議在燒錄程式時保持馬達電源關閉,以免機器人突然移動。)
  3. 設定工作目錄:
    • 在 Arduino Lab for MicroPython 中,建立一個新的資料夾(例如 “Alvik”),並將其設為工作目錄。
  4. 建立並執行程式碼:
    • 在工作目錄中,建立一個新的 Python 檔案(例如 “obstacle_avoider.py”)。
    • 編寫或貼上您希望運行的程式碼。
    • 點擊視窗上方的「連接 (Connect)」按鈕連線後,點擊「執行 (Run)」按鈕即可測試程式碼。
    注意:若需讓機器人開機自動執行,請將檔案名稱命名為 main.py 並儲存於機器人的儲存空間中。

 

方法二:使用 Arduino IDE (C++)

⚠️ 重要提醒:使用 Arduino IDE 上傳 C++ 程式碼會覆蓋掉出廠預設的 MicroPython 韌體。若日後需要改回使用 MicroPython,需要重新燒錄 MicroPython 韌體。

  1. 安裝 Arduino IDE:
    Arduino 官方網站 下載並安裝最新版本的 Arduino IDE。
  2. 安裝 Alvik 所需的程式庫:
    啟動 Arduino IDE,前往「工具」>「開發板」>「開發板管理員」。
    在搜尋欄中輸入「Nano ESP32」,找到並安裝「Arduino Nano ESP32」開發板套件。
    接著,前往「程式庫管理員」,搜尋「Alvik」,找到並安裝最新版本的 Alvik 程式庫。
  3. 連接 Alvik 機器人:
    使用 USB-C 線纜將 Alvik 機器人連接到電腦。
  4. 選擇開發板和連接埠:
    在 Arduino IDE 中,前往「工具」>「開發板」,選擇「Arduino Nano ESP32」。
    然後,前往「工具」>「連接埠」,選擇對應的連接埠(例如 COM3 或 /dev/ttyUSB0)。
  5. 開啟範例程式碼並上傳:
    前往「檔案」>「範例」>「Arduino_Alvik」,選擇一個範例(例如「Drive」)。
    點擊工具列左上角的「上傳 (Upload)」按鈕(向右箭頭圖示)。IDE 將會編譯程式碼並自動燒錄至機器人中。

 

注意事項:

  • 確保您的電腦已安裝必要的驅動程式,以正確識別 Alvik 機器人。
  • 在使用 Arduino IDE 時,若遇到連接問題,可以嘗試重新插拔 USB 線或按下開發板上的 Reset 按鈕。
  • 更多詳細資訊和教學,請參考 Arduino Alvik 使用手冊

透過上述步驟,您即可成功在 Arduino Alvik 機器人上安裝並運行程式碼。

 

延伸閲讀

介紹 Arduino Alvik 機器人

資料來源:由台灣物聯科技技術團隊實測整理匯整。
arduino-ide-download 下載頁面

Arduino IDE 2.0 下載與安裝教學 (2025 最新版)

Arduino IDE 是進行開發板程式編寫必備的軟體。隨著技術更新,Arduino 官方已推出全新的 Arduino IDE 2.0 系列。相較於舊版 (1.8.x),新版提供了更現代化的介面、更快的編譯速度以及強大的程式碼自動補全功能,強烈建議新手直接安裝此版本。

💡 為什麼要升級?
IDE 2.0 擁有類似 VS Code 的深色模式與智慧型提示,能大幅降低語法輸入錯誤的機率,對初學者非常友善。

 

第一步:下載 Arduino IDE

1. 前往官方網站

請前往 Arduino 官方軟體下載頁面:

前往 Arduino 軟體下載頁面 ➜

(若您的瀏覽器有開啟自動翻譯,頁面可能會顯示為中文)

2. 選擇作業系統

在頁面右側找到 “Arduino IDE 2.3.6” (版本號可能會隨時間更新) 的區塊,如需要比較舊的版本可點選下面的選項。請參考下圖:
arduino-ide-download 下載頁面

  • Windows 使用者: 請點選選單中的 Windows Win 10 或更高版本 (64 位元),然後點擊右側綠色的 「下載」 按鈕。
  • Mac / Linux 使用者: 請依據您的系統選擇對應選項。

3. 跳過贊助 (直接下載)

點擊下載後,頁面可能會跳出贊助請求。若您想直接下載,請尋找並點擊灰色的 「JUST DOWNLOAD」 (僅下載) 按鈕,即可開始下載安裝檔。


第二步:安裝軟體 (以 Windows 為例)

下載完成後,雙擊 .exe 安裝檔開始安裝。

1. 授權協議

閱讀授權條款後,請點擊右下角的 「我同意(A)」

arduino-ide-main-window 授權協議

2. 選擇安裝選項

系統會詢問要為誰安裝。一般建議保持預設的 「僅為我安裝 (Administrator)」,接著點擊 「下一步(N) 」

Arduino IDE 安裝選項畫面

3. 選擇安裝位置

通常保持預設的路徑即可,直接點擊 「安裝(I)」

arduino-ide-install-location 安裝路徑

4. 等待安裝

安裝程式會開始複製檔案,請耐心等待綠色進度條跑完。

Arduino IDE 安裝進度畫面

5. 完成安裝

當看到「即將完成安裝 Arduino IDE」畫面時,勾選中間的 「執行 Arduino IDE(R)」,最後點擊 「完成(F)」 即可啟動軟體。

arduino-ide-install-complete 安裝完成畫面


第三步:首次啟動的重要設定 (必看)

第一次開啟軟體時,系統會自動配置環境,這時會連續跳出幾個重要的詢問視窗,請務必按照以下步驟操作。

1. 安裝 USB 驅動程式

當您看到如下圖的畫面,且 IDE 底部黑色區域不斷有文字捲動時,代表系統正在安裝必要的驅動程式。

Arduino IDE 首次啟動畫面
操作指引:
中間跳出「Arduino USB Driver」安裝詢問時,請勾選 「永遠信任來自 “Arduino srl” 的軟體」,然後點擊 「安裝(I)」

 

2. Windows 防火牆設定 (關鍵!)

接著,Windows 防火牆會跳出警告視窗,詢問是否允許 Arduino IDEmdns-discovery.exe 存取網路。這兩個視窗請務必都點選允許!

Arduino IDE 防火牆警告⚠️ 重要提醒:
如果這裡按了「取消」,您的 IDE 未來可能無法下載程式庫或連線到開發板。請務必勾選 「私人網路」「公用網路」,然後點擊 「允許存取(A)」

mdns-discovery 防火牆警告

針對 mdns-discovery.exe (如上圖),它是用來搜尋網路上的開發板,同樣請點擊 「允許存取(A)」

🤔 沒看到防火牆視窗?或是長得不一樣?

  • 沒跳出視窗: 若您之前裝過舊版 IDE,或電腦有第三方防毒軟體(如 McAfee, Norton),系統可能已經自動允許,只要能正常運作即可。
  • 視窗長得不一樣: 若您的電腦裝有其他防毒軟體,可能會跳出該軟體的詢問視窗,原則一樣是選擇 「允許 (Allow)」「信任 (Trust)」

第四步:環境初始設定 (英文介面)

1. 關於語言設定

Arduino IDE 2.0 預設為英文介面。雖然可以切換為中文,但為了能更好地閱讀網路上的開源程式碼與國外教學(大多使用英文術語),本教學將以英文介面進行示範,建議初學者習慣英文選單。


第五步:選擇開發板 (手動設定)

軟體安裝完成後,我們需要告訴 IDE 我們使用的是哪一塊開發板。如果您手邊暫時沒有開發板,也可以先練習這個步驟。

1. 開啟選擇視窗

點擊上方工具列的下拉選單 (Select Board),選擇 「Select other board and port…」

2. 搜尋並選擇型號

在跳出的視窗中,左側搜尋欄輸入您的板子型號(例如 UnoD1)。

arduino-ide-main-window 主畫面

  • 若使用 Arduino Uno: 輸入 “Uno” 並選擇 Arduino Uno
  • 若使用 WeMos D1: 您可能需要先安裝 ESP8266 核心才搜尋得到,詳情請參考 WeMos D1 安裝教學

選擇完畢後點擊 「OK」


第六步:驗證 Blink 範例 (測試編譯)

最後,我們來開啟一個範例程式,測試軟體是否能正常編譯代碼。

  1. 點選左上角選單 File > Examples > 01.Basics > Blink
  2. 這時會開啟一個新視窗,請點擊左上角的 「✔ (Verify)」 按鈕(打勾圖示)。
  3. IDE 會開始檢查程式碼。若下方 Output 視窗出現 「Done compiling」 且沒有紅色錯誤訊息,代表您的環境已安裝成功!
小補充: 若您已連接開發板,可以點擊「➜ (Upload)」按鈕,程式就會寫入板子並讓 LED 開始閃爍。
資料來源

micro:bit 和 Arduino 的區別與適用人群

Arduino 使沒有專業背景的學生能在很短的時間內以低成本打造出有趣的應用,比如機器人或音樂DJ裝置。人人都可以實踐創意,變成一位「創客」(Maker)。但是Arduino得使用純文字C++程式編輯程式,自身也沒有內建I/O元件,必須透過連接外部電子元件才能有其他的功能,但要進行工程接線,對小小朋友來說有點太難了。這或許就是為什麼許多廠商推出了事先設計好的套件包,例如自走車或機械手臂,甚至乾脆量身打造自走車專用的Arduino開發板,如S4A (Scratch for Arduino)好降低小小朋友的上手門檻,…即使如此,Arduino對小小朋友來說,難度仍然是偏高,那還有沒有其他的選擇呢?

有,就是 “micro:bit” ! micro:bit可以用Makecode以堆積木的方式來撰寫程式,本身即內建了亮度計、溫度計、電子羅盤和加速感應器等。micro:bit也能像Arduino一樣,也可以外接各式各樣的電子元件。現在新推出的Scratch 3.0 只要透過簡單設定就可以和micro:bit直接相連,因此我們就能快速結合Scratch和micro:bit 進行互動設計的開發,例如借用micro:bit的加速感應計來當作Scratch小遊戲的遙控器呢! 不僅如此,micro:bit體積比較小,還可以拿來實作攜帶式裝置。

mico:bit上的程式也可以透過Python程式語言來撰寫,以發揮出MakeCode積木語言所缺乏的功能。Python 自2017年開始,在IEEE ToP Programmming Language 都是排名前3名的,其重要性自然不可小覷。

總結:國小中高年級生可以使用積木來撰寫micro:bit程式,而國中以上可以使用文字的Python程式來編寫micro:bit程式。若對程式有興趣的學生,未來還可以朝更進階的學習,如演算法設計或APCS這類的課程。

micro:bit arduino
開發板
適合對象 學生與愛好者(小學以上) 學生與愛好者(高中以上)
處理器 32位ARM Cortex M4 ATmega328P
尺寸 43mm x 52mm 53mm x 69mm
程式環境 JavaScript Blocks

, MicroPython

C++
程式語言 圖形化編程工具 MicroPython Scratch C C++
內建元件 輸出入腳位, 藍芽天線, 加速度計, 羅盤, 按鈕, 5×5 LED螢幕,麥克風,蜂鳴器 輸出入腳位
如何連接外部設備 鱷魚夾 擴充版 杜邦線與麵包板, 擴充板
兼容電壓 3V 3V-5V

by台灣程式教育協進會