描述

早餐可以說(shuō)是一天中最重要的一餐。在美國(guó)，近四分之一的人不吃早餐，這主要是因?yàn)樵缟蠜](méi)有足夠的時(shí)間。我相信時(shí)間不是剝奪我們甜食的問(wèn)題，麥片盒太重是一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)。我想創(chuàng)造一臺(tái)機(jī)器，它可以使用人工智能來(lái)檢測(cè)特定的人，并為他們倒上他們喜歡的谷物，以節(jié)省解決這一天所需的關(guān)鍵能量。隨著麥片盒尺寸的增加，多年來(lái)拾起麥片盒變得越來(lái)越困難。為了對(duì)抗每天倒麥片盒可能導(dǎo)致的肌肉拉傷，我的設(shè)備可以輕松地保持您虛弱的肌肉的安全和營(yíng)養(yǎng)。

多年來(lái)的谷物盒尺寸

?

概念

該項(xiàng)目的概念是創(chuàng)建一個(gè)包含谷物的設(shè)備，并打開(kāi)一個(gè)翻蓋以釋放一部分谷物，然后關(guān)閉翻蓋以防止谷物使碗過(guò)飽和。用戶將他們的碗放在他們最喜歡的麥片下面，人工智能算法將檢測(cè)面部并向他們釋放正確的麥片。

硬件

這個(gè)項(xiàng)目的基本原理是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，它連接到某種木頭或塑料銷釘上，以創(chuàng)建一個(gè)鉸鏈，使容器的底部可以打開(kāi)并釋放谷物。容器應(yīng)該是塑料容器，可以切出一個(gè)槽，讓谷物通過(guò)。

用于防止谷物從容器底部的孔中滲出的材料應(yīng)該足夠輕，以便能夠輕松打開(kāi)和關(guān)閉，但又足夠堅(jiān)固以保持谷物的重力向下推它。我推薦一塊輕質(zhì)膠合板，但聚苯乙烯泡沫塑料應(yīng)該沒(méi)問(wèn)題。

所有四個(gè)步進(jìn)電機(jī)都應(yīng)連接到一塊泡沫上并放置在懸掛的容器下方。我將容器翻轉(zhuǎn)一個(gè)角度以幫助倒麥片，但這不是必需的。

連接到容器的電機(jī)

?

然后應(yīng)該將容器連接到 Pi

電機(jī)全線

?

電路

由于需要連接四個(gè)不同的步進(jìn)電機(jī)，該設(shè)備的電路有點(diǎn)復(fù)雜。本項(xiàng)目所需的電氣元件有：

• 5V直流步進(jìn)電機(jī)x4
• ULN2003 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板 x4
• Raspberry Pi 型號(hào) 2 B（型號(hào) 2+ 可以使用）
• 樹(shù)莓派攝像頭模組

這個(gè)微控制器很重要，因?yàn)?Raspberry Pi 具有很大的存儲(chǔ)容量以及更強(qiáng)大和更快的處理單元，這將使我們能夠在我們的項(xiàng)目中使用人工智能。

攝像頭模塊插入 Pi 上的攝像頭端口，色帶的藍(lán)色部分朝向 IO 端口。

攝像頭模組

?

帶有預(yù)布線的 5V DC 步進(jìn)電機(jī)插入 ULN2003 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板。然后將驅(qū)動(dòng)板的引腳 1-4 連接到 Raspberry Pi 的 GPIO 引腳，可以在接線圖或step.py中引用這些引腳以查看引腳的順序（順序很重要！）。5V(+) 電源引腳和 GND 引腳連接到面包板的電源軌，為機(jī)器供電。

?

?

?

?

1 / 2 ?連接到 Pi 的步進(jìn)電機(jī)

?

在一切都連接好并暫停之后，我們完成了項(xiàng)目的物理部分，現(xiàn)在可以繼續(xù)使用適當(dāng)?shù)能浖O(shè)置 Raspberry Pi，以使我們能夠正確移動(dòng)電機(jī)。

樹(shù)莓派和人工智能

正如我之前所說(shuō)，使用 Raspberry Pi 對(duì)于允許我們使用該項(xiàng)目的面部識(shí)別方面至關(guān)重要，因?yàn)樗梢垣@得更多空間和處理能力，這使其成為與其他微控制器相比的絕佳選擇。

我在這個(gè)項(xiàng)目中使用了 Raspberry Pi 2 Model B，但兩者之后的任何 Pi 都應(yīng)該很好用。在開(kāi)始使用 Pi 之前，我們需要先下載 Raspbian 操作系統(tǒng)。訪問(wèn)Raspberry Pi OS下載頁(yè)面并使用諸如balenaEtcher之類的刷機(jī)工具將 OS 刷入插入的 SD 卡。

?

刷機(jī)完成后，使用初始步驟配置您的 Pi，然后我們就可以開(kāi)始下載必要的軟件了。

設(shè)置 Pi

完成初始設(shè)置后，通過(guò)打開(kāi)終端并鍵入python3檢查是否在您的設(shè)備上下載了 Python 3.7 。

?

默認(rèn)情況下，應(yīng)在您的設(shè)備上下載 Python 3.7，但如果不是，請(qǐng)鍵入sudoaptupdate和sudoaptinstallpython3idle3來(lái)安裝和更新此項(xiàng)目的 python3。

?

安裝 Python 后，我們需要在終端中使用此命令將 OpenCV 安裝到 Pi。OpenCV 是一個(gè)針對(duì)視覺(jué)進(jìn)行了優(yōu)化的開(kāi)源人工智能庫(kù)，它將擁有我們需要的關(guān)鍵方法，不僅可以跟蹤我們的面部，還可以識(shí)別不同的面部，從而為不同的人創(chuàng)建特定的訂單。

sudo apt-get install build-essential cmake pkg-config -y && sudo apt-get install libjpeg-dev libtiff5-dev libjasper-dev libpng12-dev -y && sudo apt-get install libgtk2.0-dev libgstreamer0.10-0-dbg libgstreamer0.10-0 libgstreamer0.10-dev libv4l-0 libv4l-dev -y && sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev -y && sudo apt-get install libxvidcore-dev libx264-dev -y && sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran -y && sudo apt-get install python-numpy python-scipy python-matplotlib -y && sudo apt-get install default-jdk ant -y && sudo apt-get install libgtkglext1-dev -y && sudo apt-get install v4l-utils -y && sudo apt-get install python2.7-dev -y && sudo pip install numpy && cd ~ && wget -O opencv.zip https://github.com/Itseez/opencv/archive/3.2.0.zip && unzip opencv.zip && wget -O opencv_contrib.zip https://github.com/Itseez/opencv_contrib/archive/3.2.0.zip && unzip opencv_contrib.zip && cd opencv-3.2.0 && mkdir build && cd build && cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -D INSTALL_C_EXAMPLES=OFF  -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON -D OPENCV_EXTRA_MODULES_PATH=~/opencv_contrib-3.2.0/modules -D BUILD_EXAMPLES=ON -D ENABLE_NEON=ON .. && sudo make -j$(nproc) && sudo make install && sudo ldconfig && sudo echo "/usr/local/lib" >> /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf && sudo echo "PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig" >> /etc/bash.bashrc && sudo echo "export PKG_CONFIG_PATH" >> /etc/bash.bashrc

這個(gè)過(guò)程可能需要幾個(gè)小時(shí)，所以離開(kāi)去喝點(diǎn)牛奶，完成后回來(lái)。

安裝 OpenCV 后，我們可以下載我們將用于該項(xiàng)目的另外兩個(gè)庫(kù)。要下載庫(kù)，請(qǐng)打開(kāi)終端并在完成下載后鍵入pip3 install face_recognition類型pip3 install imutils 。

?

一旦所有庫(kù)完成下載，我們將需要通過(guò) wifi 或以太網(wǎng)將 Pi 連接到互聯(lián)網(wǎng)。將您的 Pi 連接到 Internet 后，您可以訪問(wèn) Chromium 上的 Hackster 頁(yè)面并下載項(xiàng)目底部代碼選項(xiàng)卡下的所有文件。應(yīng)在pi文件夾中創(chuàng)建一個(gè)文件夾，該文件夾應(yīng)位于HomeFolder中并標(biāo)記為FaceRecognition （拼寫(xiě)和大寫(xiě)很重要）。

?

在代碼部分下載的所有文件都應(yīng)與另一個(gè)標(biāo)記為 dataset 的文件夾一起放置在此文件夾中，我們模型的所有數(shù)據(jù)都將存儲(chǔ)在該文件夾中。

?

這是我們開(kāi)始收集數(shù)據(jù)以訓(xùn)練模型并實(shí)際開(kāi)始使用設(shè)備所需的所有設(shè)置。

收集數(shù)據(jù)

要開(kāi)始收集數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)跇?biāo)有您的姓名的數(shù)據(jù)集文件夾中創(chuàng)建一個(gè)文件夾。該文件夾將存儲(chǔ)我們將使用face_shot.py程序拍攝的所有照片，并允許我們訓(xùn)練模型。可以在標(biāo)有多個(gè)名稱的數(shù)據(jù)集文件夾中創(chuàng)建多個(gè)文件夾，以訓(xùn)練算法識(shí)別不同的人，以便我們可以為每個(gè)人制定個(gè)性化的訂單。

?

創(chuàng)建文件夾后，face_shot.py應(yīng)該在 Thonny Python IDE 中打開(kāi)。程序第 4 行：

name = 'Unknown' #replace with your name

應(yīng)該更改，以便在您的文件夾中準(zhǔn)確地寫(xiě)入名稱。

?

現(xiàn)在可以運(yùn)行face_shot.py程序，并將打開(kāi)一個(gè)相機(jī)查看器來(lái)調(diào)整自己在框架中的位置。按空格鍵開(kāi)始在數(shù)據(jù)集文件夾中為您自己或其他人拍照。按退出鍵完成拍照。我建議至少拍攝 1,000 張照片來(lái)訓(xùn)練模型以準(zhǔn)確區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)集中的人臉，拍攝的照片越多，模型就越準(zhǔn)確。專家提示：要快速拍攝一堆照片以加快數(shù)據(jù)收集速度，可以按住空格鍵。這將凍結(jié)相機(jī)預(yù)覽，但我保證它仍在拍照。在您對(duì)照片數(shù)量感到滿意后，程序可能會(huì)說(shuō)它仍在拍照，但這不是真的，打印語(yǔ)句只是試圖跟上已經(jīng)拍攝的照片。要在按住空格鍵后退出，請(qǐng)按停止而不是轉(zhuǎn)義或等待打印語(yǔ)句趕上（可能需要一分鐘）。

訓(xùn)練模型

訓(xùn)練 AI 模型非常簡(jiǎn)單，只需打開(kāi)train_model.py并運(yùn)行程序即可。該程序?qū)@取數(shù)據(jù)集文件夾中的每個(gè)文件夾，并將其添加到具有適當(dāng)名稱的模型中。這個(gè)過(guò)程也可能需要一段時(shí)間，具體取決于拍攝了多少?gòu)堈掌?，所以去多喝點(diǎn)牛奶，幾個(gè)小時(shí)后回來(lái)，最終使用該設(shè)備。

谷物時(shí)間！

現(xiàn)在模型已經(jīng)訓(xùn)練好了，我們終于可以吃點(diǎn)甜食了。好吧，在我們可以吞噬我們的神圣營(yíng)養(yǎng)之前還有一步。需要設(shè)置數(shù)據(jù)集文件夾中每個(gè)人的訂單。訂單在代碼底部的step.py程序中設(shè)置。

if name == "Unknown":
        openMotor1()

這個(gè) if 語(yǔ)句是唯一能讓你遠(yuǎn)離小麥的東西，為了讓它發(fā)揮作用，把你的名字放在語(yǔ)句中，并為數(shù)據(jù)集文件夾中的其他人創(chuàng)建多個(gè) if 語(yǔ)句。提示：如果行

time.sleep(0.01)

插入到 if 語(yǔ)句中，如果您喜歡在一個(gè)碗中食用多種谷物，您可以打開(kāi)多個(gè)電機(jī)并將您的谷物組合混合在一起。我不判斷。如果您選擇此決定，建議對(duì)時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。

if name == "Your Name:
        openMotor1()
        time.sleep(0.01)
        openMotor2()
        time.sleep(0.01)
        openMotor3()
        time.sleep(0.01)
        openMotor4()
        time.sleep(0.01)

現(xiàn)在我們的訂單已經(jīng)設(shè)置好了，我們終于可以運(yùn)行face_rec.py程序來(lái)釋放酵母了。無(wú)需對(duì)此文件進(jìn)行任何編輯，并且應(yīng)該可以運(yùn)行。該文件將在每次檢測(cè)到與模型匹配的人臉時(shí)調(diào)用step.py程序，從而觸發(fā)電機(jī)打開(kāi)。運(yùn)行程序，最后吃你應(yīng)得的谷物。

?