智能倉庫的設(shè)計通過分析傳統(tǒng)倉庫功能，以STM32為主控芯片，搭配使用各種傳感器模塊采集數(shù)據(jù)，通過ESP8266聯(lián)網(wǎng)芯片將數(shù)據(jù)上傳至機智云平臺的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實現(xiàn)了設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)。

本系統(tǒng)設(shè)計創(chuàng)新性引入機智云平臺，讓普通的設(shè)備變成物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以有效提高倉庫管理，通過人臉識別的檢測方式和物品的自動分揀，提升倉庫系統(tǒng)的安全性和自動化，并且支持手機app程序操控、顯示屏觸摸操控和語音聲控3種操作方式。

01系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能倉庫系統(tǒng)通過各類傳感器采集實時信息，經(jīng)由主控芯片進行數(shù)據(jù)處理后傳送至聯(lián)網(wǎng)芯片，通過和云端服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)分為三大模塊：①數(shù)據(jù)采集：使用DTH11采集溫濕度、煙霧傳感器檢測是否出現(xiàn)煙霧、舵機或熱釋電傳感器檢測門禁信息。②數(shù)據(jù)處理：使用STM32F429作為系統(tǒng)的主控芯片，通過串口與其他部分進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化。③數(shù)據(jù)上行與下發(fā)：主控芯片處理數(shù)據(jù)并執(zhí)行相應(yīng)操作，將數(shù)據(jù)上報至HMI顯示屏，并通過Wi-Fi發(fā)送至機智云平臺，平臺在收到數(shù)據(jù)后進一步將數(shù)據(jù)發(fā)送至app。主控芯片在接收到操作指令后通過串口控制外設(shè)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下所示：

倉庫智能安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主控與顯示部分設(shè)計STM32F429IGT6作為主控芯片用以處理各個模塊傳感器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并通過相應(yīng)的編程程序?qū)崿F(xiàn)運算處理，有豐富的片上資源，能夠支持使用固件庫開發(fā)編程。該芯片接口多，可以連接許多外設(shè)，總共有8個串口，因此可以通過串口將不同的模塊連接，實現(xiàn)多路的數(shù)據(jù)采集并集中處理。

STM32F429IGT6主控芯片HMI串口屏設(shè)計的人機互動界面共7個頁面，每個頁面實現(xiàn)不同的功能，包括有解鎖界面、系統(tǒng)界面、燈光界面、溫濕度及空調(diào)界面、煙霧檢測界面、圖像識別界面、人臉識別界面。部分界面效果截圖如圖2所示。

物聯(lián)網(wǎng)部分設(shè)計系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)模塊ESP8266接入機智云平臺的服務(wù)器后，app實現(xiàn)2個功能：實時監(jiān)測當前聯(lián)網(wǎng)的各個模塊的工作情況，觀察系統(tǒng)實時收集并上報的數(shù)據(jù);發(fā)送對應(yīng)的指令至機智云平臺，機智云平臺在接收并處理完相應(yīng)的指令之后再轉(zhuǎn)發(fā)至聯(lián)網(wǎng)模塊，最后聯(lián)網(wǎng)模塊通過串口和系統(tǒng)進行通信，系統(tǒng)接收到指令之后控制外設(shè)執(zhí)行相應(yīng)的操作，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制。

語音與圖像處理設(shè)計 LD3320具有非特定人語音識別技術(shù)，是一顆穩(wěn)定性強且識別精度較高的語音識別芯片。語音提示由MP3播放模塊負責，該模塊能讀取TF卡中存儲的音頻文件，通過編碼引腳的高低電平即可播放對應(yīng)音頻文件。

LD3320芯片使用OpenMv視頻頭進行臉部識別。顏色識別則是利用攝像頭不斷截取當前所拍攝的視頻并從中尋出不同的色塊，尋找到色塊之后與程序所設(shè)置的顏色閾值進行比對從而判斷其顏色。使用Haar算子實現(xiàn)人臉識別，使用LBP(Local Binary Pattern, 局部二值模式)算法實現(xiàn)不同人臉的分辨。

串口屏顯示界面圖

02系統(tǒng)測試

首次使用須進行配網(wǎng)操作，打開app點擊添加設(shè)備的按鈕，輸入連接Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的賬號和密碼后選擇對應(yīng)的Wi-Fi模塊的類型，設(shè)備處在待連接狀態(tài)。

打開系統(tǒng)讓ESP8266進入Airlink模式，此時app會搜索當前可連接的設(shè)備，app將Wi-Fi賬號和密碼發(fā)送給ESP 8266,ESP 8266根據(jù)接收到的信息可自動連接至當前網(wǎng)絡(luò)。連接成功后，app提示發(fā)現(xiàn)新設(shè)備，點擊綁定當前設(shè)備，頁面自動跳轉(zhuǎn)至控制界面。

虛擬設(shè)備模擬測試 虛擬設(shè)備可模擬真實設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳，可用來測試手機app是否可以與機智云進行數(shù)據(jù)交互。app通過二維碼和虛擬設(shè)備進行綁定，成功后在機智云官網(wǎng)開啟虛擬設(shè)備，可以看到頁面上的虛擬設(shè)備提示設(shè)備已上線，即成功連接上機智云服務(wù)器，也可以查詢虛擬設(shè)備的通信日志。可通過app向虛擬設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，同時虛擬設(shè)備也可以將數(shù)據(jù)推送至app, 兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸記錄都可以在頁面中查看。

實物設(shè)備真實測試1) 顯示屏功能測試HMI顯示屏功能測試結(jié)果顯示燈光界面工作穩(wěn)定，點擊3個開關(guān)可以穩(wěn)定控制放置在不同地方的3盞燈，STM32接收到HMI顯示屏的指令后將結(jié)果實時上報至機智云，燈光狀態(tài)的改變也能實時反饋至app端。溫、濕度及空調(diào)界面工作穩(wěn)定，程序設(shè)定每隔50 ms采集一次數(shù)據(jù)。經(jīng)測試，HMI顯示屏在接收到溫濕度數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換成曲線圖的形式以顯示變化趨勢，同時在app端也可以查看到實時采集的溫濕度信息。煙霧檢測界面工作穩(wěn)定，設(shè)定每隔500 ms煙霧傳感器檢測一次當前的空氣狀況。點燃一根火柴，煙霧傳感器下方的指示燈亮起說明檢測到煙霧，排氣扇自動打開，播放語音警報，此時顯示屏上顯示檢測到的煙霧數(shù)值及排氣扇的工作狀態(tài)。待煙霧散去后系統(tǒng)自動關(guān)閉。圖像識別界面工作穩(wěn)定，點擊人臉識別圖標進入人臉識別界面，點擊驗證按鈕，顯示屏向串口發(fā)送對應(yīng)的指令，由STM32通過串口控制攝像頭拍攝并進行人臉識別，在顯示屏上查看驗證結(jié)果。2) 手機app測試啟動系統(tǒng)后，app會向機智云的服務(wù)器發(fā)送對應(yīng)的指令，通過串口助手查看主控收到數(shù)據(jù)。如下圖所示，可以看到在app端按下相應(yīng)的控制按鈕后主控的串口實時接收到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的格式為：事件名稱+數(shù)據(jù)的值+事件描述。主控串口接收的數(shù)據(jù)形式圖Evt: EVENT_led_white 0 ——事件名稱及其在結(jié)構(gòu)體中的變量名+變量的值。

valueled_white Changed ——描述事件。

經(jīng)過實測，app端對系統(tǒng)的控制功能穩(wěn)定，可以實現(xiàn)實時控制及查看系統(tǒng)各部分的工作狀況，app端和系統(tǒng)的延時不超過0.5 s。3) 人臉識別功能測試在Python中對程序進行測試，OpenMv在串口接收到特定的指令后會打開攝像頭并截取當前攝像頭拍攝到的畫面，之后分別計算當前所拍攝的人臉和人臉圖像庫中人臉樣本的特征差異度，最后在人臉樣本中挑選出一張人臉差異度最小的，即為最接近的人臉，判斷完成之后OpenMv會通過串口將所識別的結(jié)果發(fā)送至主控的串口，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

本設(shè)計中主要有2個參數(shù)影響人臉識別準確性和耗時，一是人臉圖像庫中不同人臉的數(shù)量，下圖是樣本數(shù)為15人的臉圖像庫;二是每個人的不同角度人臉圖片的張數(shù)。具體的實測數(shù)據(jù)如下所示：

人臉圖像庫

人臉識別測試數(shù)據(jù)通過實測，本設(shè)計中的人臉識別，可以很好地完成預(yù)期任務(wù)，具有較高的準確性，在一般的日常使用中基本不會判斷錯誤，但是對光線有一定要求，過亮或過暗都會影響識別的準確率。自動分揀功能測試。由于設(shè)計中的自動分揀功能主要依據(jù)顏色識別來實現(xiàn)，因此顏色識別的正確率決定了自動分揀功能是否正常。將裝置放置在不同光照強度的環(huán)境下測試顏色識別及自動分揀功能的穩(wěn)定性，測試結(jié)果如下表所示。

顏色識別測試數(shù)據(jù)

03系統(tǒng)總結(jié)

本文設(shè)計了一款基于機智云平臺的物聯(lián)網(wǎng)智能倉庫安防系統(tǒng)，選用STM32F429作為主控芯片。使用Wi-Fi模塊將主控芯片處理完的數(shù)據(jù)發(fā)送至機智云平臺從而實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)，搭配手機端可以實時查看由系統(tǒng)采集的各類數(shù)據(jù)及系統(tǒng)各部分的工作狀況，同時由于使用的是廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸因此可以對系統(tǒng)進行遠程操控，相比之下局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸只能處于同一網(wǎng)絡(luò)，此方案極大地拓展了操控距離。

在系統(tǒng)的安全性部分使用了人臉識別來作為驗證手段，經(jīng)實測，準確率在90%以上。在操作方式上為了適應(yīng)不同的習慣提供了3種操作方式，顯示屏操作、語音操作、手機app操作。在顯示方面，設(shè)計了一個人機交互的圖像化界面。在物品分揀上使用了顏色識別的方式，通過識別物品的不同顏色從而將之歸類，有效地提高系統(tǒng)的效率。

原文標題：基于機智云AIoT開發(fā)平臺的智能倉庫設(shè)計

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審核編輯：湯梓紅