人臉識別溫度測量嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17322人臉識別溫度測量嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 178181.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 124951.1.1單片機(jī)的芯片選型 1294571.1.2ESP8285模塊 269041.1.3攝像頭的選取 324631.1.4MLX90614紅外測溫傳感器 353171.1.5HMI串口屏 439571.1.6TFT-LCD顯示屏 599001.1.7蜂鳴器的選取 5307551.1.8繼電器的選取 5306161.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6128261.2.1軟件平臺介紹 6232021.2.2人臉識別模塊程序設(shè)計(jì) 643071.2.3紅外測溫模塊程序設(shè)計(jì) 7304881.2.4網(wǎng)絡(luò)通信模塊程序設(shè)計(jì) 784991.2.5串口屏模塊程序設(shè)計(jì) 7260641.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體流程 81.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1.1.1單片機(jī)的芯片選型圖4-1K210框架圖MaixDock是Sipeed矽速科技推出的一款單片機(jī)，其主芯片型號為KendryteK210。圖4-1K210框架圖K210包括一個RISC-V64位雙核CPU，每個核都有一個獨(dú)立的FPU。K210的核心功能是機(jī)器視覺和聽覺。這包括一個用于計(jì)算角色的KPU，一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和一個用于處理麥克風(fēng)陣列輸入的APU。同時，K210具有快速的傅立葉變換加速器，可以執(zhí)行高性能和復(fù)雜的FFT計(jì)算。因此，在大多數(shù)計(jì)算中。因此，對于大多數(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)算法而言，K210具有高性能的處理能力。K210集成了A1S和Sa256算法加速器，可為用戶提供基本的安全功能。K210具有高性能，低功耗SM和強(qiáng)大的DM。出色的性能和吞吐量。K210具有豐富的外圍設(shè)備，例如DVP，JTAG，OTP，F(xiàn)PIOA，GPIO，UART，SPI，RTC，I2S，I2C，WDT，計(jì)時器和PWM，以支持大量的應(yīng)用場景。圖4-2圖4-2MaixDock(M1W)開發(fā)板原理圖1.1.2ESP8285模塊ESP8285是一個網(wǎng)卡模塊，使用AT模式進(jìn)行交互，并通過串行端口2連接到單片機(jī)。引腳8是使能引腳。您可以創(chuàng)建GPIO對象來控制它們的高電平和低電平，并啟用，禁用或重置它們。重置后，該操作將花費(fèi)一些時間。必須先安裝天線，然后才能使用它。ESP8285具有完全獨(dú)立的WiFi網(wǎng)絡(luò)功能。它可以用作獨(dú)立應(yīng)用程序，也可以用作捕獲幼蟲的從屬。您可以運(yùn)行其他主機(jī)MCU。ESP8285托管應(yīng)用程序時，可以直接從外部閃存啟動內(nèi)置的高速功能。緩沖區(qū)存儲有助于提高系統(tǒng)性能。并優(yōu)化系統(tǒng)存儲。此外，ESP8285可以通過SPIVSDIO接口或I2C/UART用作基于微控制器設(shè)計(jì)的WiFi適配器。ESP8285易于操作，價格便宜且符合設(shè)計(jì)理念，因此該模塊用于網(wǎng)絡(luò)通信。1.1.3攝像頭的選取相機(jī)通常分為CCD和CMOS。對于CCD，相同像素成像的互操作性非常好，但是制造過程很復(fù)雜，而且很少有制造商（例如SonyPanasonic）達(dá)到這種技術(shù)水平。因此，價格將高于其他同類產(chǎn)品。CMOS的制造過程相對簡單。例如，成像原理既簡單又快速，但也有一些缺點(diǎn)。例如，透明性通常導(dǎo)致光供應(yīng)不足?；谄洫?dú)特的特性，它仍然比CCD少。盡管存在一定的差距，但性價比較高，并且被廣泛使用。圖4-3GC308攝像頭原理圖GC0328是一種200W像素CMOS相機(jī)，可以適應(yīng)面部識別要求。通過GPIO端口發(fā)送人臉信息，適應(yīng)性強(qiáng)?？偠灾@種設(shè)計(jì)可以使用此相機(jī)進(jìn)行圖像收集。圖4-3GC308攝像頭原理圖1.1.4MLX90614紅外測溫傳感器GY-906MLX90614ESFBCC模塊的有效測量距離為10cm，能夠進(jìn)行非接觸式體溫測量，并且在室溫下的標(biāo)準(zhǔn)精度為±0.5°C。醫(yī)療版本的傳感器在人體溫度測量范圍內(nèi)可以達(dá)到±0.1°C的精確度，縮小誤差。圖4-4GY-906BCC實(shí)物圖GY-906MLX90614ESFBCC模塊在IIC和微控制器之間進(jìn)行通信。通信協(xié)議是SMBus。協(xié)議和傳感器接口包括VCC，GND，SCL和SDA。MLX90614通過內(nèi)部狀態(tài)機(jī)控制對象和環(huán)境溫度的測量和計(jì)算，執(zhí)行溫度測量后并進(jìn)行處理，并用SMBus的模式進(jìn)行結(jié)果輸出。圖4-4GY-906BCC實(shí)物圖因此能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計(jì)所需要的無接觸精準(zhǔn)測量體溫的要求,同時操作方便，故采用該傳感器實(shí)現(xiàn)體溫測量。圖4-5SMBus模式傳感器原理圖1.1.5HMI串口屏圖4-5SMBus模式傳感器原理圖X5系列串行屏幕，型號為TJC4827X543_011R。該系列包括一個電阻式觸摸屏和一個RTC時鐘模塊，可以顯示圖像的背景。豐富的功能和實(shí)惠的價格。您可以在確保完整功能的同時減少不必要的成本。串行端口屏幕具有獨(dú)立的控件，因此您不必使用內(nèi)存密集型CUI圖形庫，即可實(shí)現(xiàn)精美的U-Pit界面設(shè)計(jì)。同時，它可以提供所需的功能。您只需要通過串行端口與單片機(jī)通信即可。選擇了該型號的串行端口屏幕，以節(jié)省單芯片微處理器上的資源。請記住，串行端口屏幕具有其自己的一組指令，并且可以執(zhí)行各種任務(wù)，但是您需要執(zhí)行以下操作：1.當(dāng)設(shè)備向串行屏幕發(fā)送命令時，它應(yīng)以3個0XFF結(jié)尾。2.串行屏幕上的所有命令名稱和參數(shù)均使用ASCII字符串?dāng)?shù)據(jù)。3.指令名稱均為小寫字母。1.1.6TFT-LCD顯示屏圖4-6TFT-LCD顯示屏原理圖通過介紹面部識別過程，用戶可以將他們的面部定位在正確的位置。該設(shè)計(jì)使用Piped的2.4英寸TFT-LCD顯示屏。它由彩色TFT-LCD面板，驅(qū)動器IC和背光單元組成。它的分辨率為240圖4-6TFT-LCD顯示屏原理圖1.1.7蜂鳴器的選取圖4-7蜂鳴器圖4-7蜂鳴器原理圖1.1.8繼電器的選取為了實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)模擬開門的效果，本系統(tǒng)采用繼電器來控制門鎖的開關(guān)。由于只需要控制一個門鎖,并不需要太多功能，故選擇1路5V繼電器，通過低電平觸發(fā)。當(dāng)人臉識別和體溫檢測通過時,繼電器打開,從而實(shí)現(xiàn)門鎖控制。1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)使用軟件平臺開發(fā)系統(tǒng)，然后選擇合適的軟件平臺。這不僅為開發(fā)人員提供了便利，還節(jié)省了開發(fā)時間。以下是主要的相關(guān)軟件平臺。1.2.1軟件平臺介紹1.MaixPyIDEMaixPy是一個將Micropython移植到K210的項(xiàng)目。它支持傳統(tǒng)的MCU操作，并將硬件加速的AI機(jī)器視覺與麥克風(fēng)陣列集成在一起。1ToPs計(jì)算能力核心模塊不到50元，非常低的成本，對于快速發(fā)展非常實(shí)用。AIOT領(lǐng)域的智能應(yīng)用。2.阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺阿里云為IOT平臺設(shè)備提供安全可靠的連接和通信功能，將大型設(shè)備連接到底部，支持設(shè)備的數(shù)據(jù)收集和云加載。向上提供云API，服務(wù)器調(diào)用云API將指令發(fā)送到設(shè)備以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。圖4-8通信圖4-8通信流程圖設(shè)備通過MQTT協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)平臺建立長連接，上報數(shù)據(jù)（通過Publish發(fā),布Topic和Payload）到物聯(lián)網(wǎng)平臺。您還可以配置規(guī)則引擎以編寫用于處理報告數(shù)據(jù)的SQL，并配置轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，將處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指定的Topic。3.微信小程序微信小程序是連接用戶和服務(wù)的全新方法。在微信中易于獲取和分發(fā)，并提供了出色的用戶體驗(yàn)。除了具有較低的開發(fā)成本，較低的客戶獲取成本以及因擁有正式帳戶而導(dǎo)致的下載需求外，服務(wù)請求的延遲和用戶體驗(yàn)也得到了顯著改善，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的服務(wù)功能，從而使用戶變得更好的用戶體驗(yàn)。1.USARTHMIUSARTHMI軟件作為淘晶馳智能串口屏集成開發(fā)環(huán)境。該集成開發(fā)環(huán)境串口屏界面設(shè)計(jì)，調(diào)試等開界面開發(fā)所有功能。1.2.2人臉識別模塊程序設(shè)計(jì)首先對攝像頭,LCD屏初始化，加載人臉模型完成初始工作。當(dāng)人臉識別開始后，攝像頭拍攝一張照片,通過KPU對拍攝出的照片進(jìn)行人臉檢測，若識別到人臉，則將人臉與保存的人臉信息進(jìn)行匹配，匹配成功則進(jìn)行下一步;反之,認(rèn)證失敗。1.2.3紅外測溫模塊程序設(shè)計(jì)MLX90614和MaixDock開發(fā)板之間采用IIC通訊方式，單片機(jī)通過IIC讀取MLX90614的TOBJ1寄存器中的數(shù)值，通過計(jì)算最終得到體溫的準(zhǔn)確數(shù)字。1.2.4網(wǎng)絡(luò)通信模塊程序設(shè)計(jì)MCU與阿里巴巴平臺之間，小程序與阿里巴巴平臺之間的通信協(xié)議是MQTT協(xié)議。MQTT是IBM領(lǐng)導(dǎo)的IoT傳輸協(xié)議。它專為輕量級發(fā)布/訂閱消息傳輸而設(shè)計(jì)，旨在為具有低帶寬和不穩(wěn)定MQTT網(wǎng)絡(luò)環(huán)境服務(wù)的IoT設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)。它的核心設(shè)計(jì)思想是開源，可靠，輕巧和簡單。微信小程序與單片機(jī)之間的通信是通過阿里云規(guī)則引擎來完成的。單片機(jī)通過MQTT協(xié)議將消息發(fā)送到指定主題，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺接收到該消息，并通過規(guī)則引擎將消息流轉(zhuǎn)發(fā)到另一個主題。這時，當(dāng)微信小程序訂閱該主題時，所接收的信息就會流通并實(shí)現(xiàn)通信。發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)格式為Json格式。1.2.5串口屏模塊程序設(shè)計(jì)圖4-9UI界面圖4-9UI界面設(shè)計(jì)1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體流程1.打開系統(tǒng)電源后，首先需要初始化系統(tǒng)，檢查是否一切正常，然后將存儲在FLASH中的程序和數(shù)據(jù)加載到SDRAM中。2.連接WIFI。WIFI連接