智能倉庫的設計通過分析傳統(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)絡服務器，實現(xiàn)了設備的實時數(shù)據(jù)采集和聯(lián)網(wǎng)。

本系統(tǒng)設計創(chuàng)新性引入機智云平臺，讓普通的設備變成物聯(lián)網(wǎng)設備，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。

系統(tǒng)整體結構設計

智能倉庫系統(tǒng)通過各類傳感器采集實時信息，經由主控芯片進行數(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。

系統(tǒng)整體結構如下所示：

倉庫智能安防系統(tǒng)結構圖

主控與顯示部分設計

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)，并通過相應的編程程序實現(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，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)部分設計系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)模塊ESP8266接入機智云平臺的服務器后，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)送對應的指令至機智云平臺，機智云平臺在接收并處理完相應的指令之后再轉發(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執(zhí)行相應的操作，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時控制。

語音與圖像處理設計 LD3320具有非特定人語音識別技術，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

系統(tǒng)測試

首次使用須進行配網(wǎng)操作，打開app點擊添加設備的按鈕，輸入連接Wi-Fi網(wǎng)絡的賬號和密碼后選擇對應的Wi-Fi模塊的類型，設備處在待連接狀態(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。連接成功后，app提示發(fā)現(xiàn)新設備，點擊綁定當前設備，頁面自動跳轉至控制界面。

虛擬設備模擬測試 虛擬設備可模擬真實設備的數(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備進行綁定，成功后在機智云官網(wǎng)開啟虛擬設備，可以看到頁面上的虛擬設備提示設備已上線，即成功連接上機智云服務器，也可以查詢虛擬設備的通信日志?？赏ㄟ^app向虛擬設備發(fā)送數(shù)據(jù)，同時虛擬設備也可以將數(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。

實物設備真實測試

1） 顯示屏功能測試

HMI顯示屏功能測試結果顯示燈光界面工作穩(wěn)定，點擊3個開關可以穩(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、濕度及空調界面工作穩(wěn)定，程序設定每隔50 ms采集一次數(shù)據(jù)。經測試，HMI顯示屏在接收到溫濕度數(shù)據(jù)后將其轉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果。

2） 手機app測試

啟動系統(tǒng)后，app會向機智云的服務器發(fā)送對應的指令，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 ——事件名稱及其在結構體中的變量名+變量的值。

valueled_white Changed ——描述事件。

經過實測，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果發(fā)送至主控的串口，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

本設計中主要有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，本設計中的人臉識別，可以很好地完成預期任務，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，測試結果如下表所示。

顏色識別測試數(shù)據(jù)

系統(tǒng)總結本文設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，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，經實測，準確率在90%以上。在操作方式上為了適應不同的習慣提供了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。