基于人臉識(shí)別的智能護(hù)理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[14]。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)2.2.1紅外溫度測(cè)溫技術(shù)該設(shè)計(jì)采用紅外測(cè)溫技術(shù)的溫度傳感器模塊，利用黑體輻射定律進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過許多年的發(fā)展和改進(jìn)，非接觸式溫度測(cè)量技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。并且隨著中國(guó)材料和傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的紅外測(cè)溫傳感技術(shù)也在不斷進(jìn)步。國(guó)產(chǎn)高性能紅外測(cè)溫傳感器的集成水平不斷提高，使得紅外測(cè)溫技術(shù)的開發(fā)難度大大降低。并且這些傳感器通常都帶有數(shù)據(jù)通信接口，如I2C、UART或I2S，可以直接將數(shù)據(jù)以數(shù)字量的方式輸出。由于紅外測(cè)溫技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得紅外測(cè)溫傳感器在許多場(chǎng)合都有應(yīng)用。而且正在向著低功耗、低成本、微型化、高精度、功能更加豐富的方向不斷發(fā)展。而本設(shè)計(jì)的紅外測(cè)溫技術(shù)將與飲水機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭成員的溫度檢測(cè)，當(dāng)家庭成員出現(xiàn)在飲水機(jī)前或者在飲水機(jī)測(cè)溫的范圍內(nèi)的時(shí)候，非接觸式紅外傳感器將對(duì)出現(xiàn)在該范圍內(nèi)的成員進(jìn)行溫度測(cè)量。2.2.2人臉識(shí)別技術(shù)人臉識(shí)別技術(shù)是一種基于人臉圖像或視頻進(jìn)行身份鑒定的技術(shù)。它可以通過對(duì)人臉圖像或視頻進(jìn)行分析和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉身份的認(rèn)證、檢索、跟蹤等功能。再采用有特定的人臉特征提取技術(shù)以及人臉識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭具體成員人臉識(shí)別。而人臉識(shí)別的發(fā)展歷程總體來(lái)說(shuō)較緩慢，因?yàn)樵谌四樇夹g(shù)算法剛剛衍生出來(lái)的時(shí)候當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)硬件條件發(fā)展受制，所以人臉識(shí)別技術(shù)也沒有得到迅速發(fā)展。人臉識(shí)別技術(shù)源于上世紀(jì)60年代初期，最初的想法是將人臉圖像數(shù)字化，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行比對(duì)。但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)性能有限，人臉識(shí)別技術(shù)并沒有得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)性能的提升以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)在21世紀(jì)得到了飛速的發(fā)展。此外，隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的不斷發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)的精度和速度也得到了不斷提高。使得人臉識(shí)別技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)的結(jié)合更加緊密，而且人臉識(shí)別的算法已經(jīng)可以在大多數(shù)單片機(jī)上應(yīng)用。此外，本設(shè)計(jì)還采用了高性能的微處理器，這種處理器具有較高的計(jì)算能力和較低的功耗，可以滿足人臉識(shí)別算法的計(jì)算需求，并且可以在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。通過將微處理器與攝像頭模塊和OpenCV模塊相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的人臉識(shí)別應(yīng)用。同時(shí)，本設(shè)計(jì)還采用了串行接口通信技術(shù)，使得硬件模塊之間的通信更加方便快捷，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。2.2.3WIFI通信技術(shù)WIFI技術(shù)是一種用于在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，可以通過無(wú)線信號(hào)將數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送和接收到網(wǎng)絡(luò)中，WIFI技術(shù)具有以下特點(diǎn)：無(wú)線連接：WIFI技術(shù)可以通過無(wú)線信號(hào)連接設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)，擺脫了傳統(tǒng)有限網(wǎng)絡(luò)的限制，使設(shè)備可以自由移動(dòng)，提高了設(shè)備的靈活性。便攜性：由于設(shè)備使用無(wú)線連接，因此適用于各種場(chǎng)所。高傳輸速率：因?yàn)閃IFI技術(shù)支持高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以它成為了互聯(lián)網(wǎng)接入速度最快的一種技術(shù)之一。多設(shè)備連接：WIFI技術(shù)允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這種多設(shè)備連接功能提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。成本低廉：由于WIFI技術(shù)基于無(wú)線信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，減少了使用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用。因此，相比傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)，WiFi技術(shù)的成本較低。第3章智能護(hù)理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1器件參數(shù)與特性3.1.1STM32F103C8T6主控模塊STM32F103C8T6單片機(jī)在嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。在本設(shè)計(jì)中，STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控芯片，在處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)方面表現(xiàn)出較高的性能。此外，STM32F103C8T6單片機(jī)的GPIO有8種模式，還包含上拉、下拉的輸入模式，所以在接外部按鈕時(shí)不需要考慮上下拉電阻，其豐富的外圍接口和多種輸入輸出模式也使得對(duì)各種傳感器的接口適配更加靈活和方便。同時(shí)，STM32F103C8T6單片機(jī)的低功耗和低成本特點(diǎn)也讓它成為了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的理想選擇。他的輸出功率還可以通過軟件編程進(jìn)行控制，在其內(nèi)部接口方面還實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器的集成，能滿足對(duì)整個(gè)智能飲水機(jī)系統(tǒng)的控制。由M3內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的STM32F103C8T6單片機(jī)，其中的C代表其擁有48個(gè)引腳，內(nèi)部包含20k字節(jié)的RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64k字節(jié)的程序存儲(chǔ)器。STM32F103C8T6單片機(jī)如圖3.1所示。圖3.1STM32單片機(jī)3.1.2ESP8266WIFI串口通信模塊ESP8266WIFI串口通信模塊芯片被用于上下位機(jī)的信息傳輸，通過該轉(zhuǎn)口模塊可以實(shí)現(xiàn)硬件端與軟件端的數(shù)據(jù)交互處理。ESP8266芯片還包含有8個(gè)引腳分別為VCC引腳、GND引腳、CH_PD引腳、RESET引腳、TXD引腳、RXD引腳和兩個(gè)GPIO引腳。ESP8266通過RXD和TXD這兩個(gè)引腳與單片機(jī)設(shè)備的UART串口通信，通過控制GPIO0和GPIO2引腳使芯片進(jìn)入工作狀態(tài)，再通過VCC和GND引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的供電。并且ESP8266芯片內(nèi)部集成了WIFI模塊可以實(shí)現(xiàn)將上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互并且將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)。如圖3.2所示：圖3.2ESP8266芯片3.1.3舵機(jī)S90舵機(jī)屬于伺服電機(jī)中的一種，它的內(nèi)部有一個(gè)滑動(dòng)變阻器用于實(shí)現(xiàn)角度編碼，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)角度可控。通常這種電機(jī)的驅(qū)動(dòng)有兩種類，一類是以PWM脈沖占空比調(diào)制實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制，另一類也是基于PWM脈沖占空比調(diào)制，但它只控制轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度而不能實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制。S90舵機(jī)如圖3.3所示。圖3.3S90舵機(jī)3.2.4紅外溫度傳感器GY-906溫度采集器是一款替代MLX90614傳感器的國(guó)產(chǎn)溫度傳感器，它支持通過串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取還可以通過I2C或者PWM接口進(jìn)行編程控制，我們只需要根據(jù)原廠提供的手冊(cè)對(duì)傳感器發(fā)送讀取溫度指令即可實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式的紅外體溫測(cè)量。GY-906溫度采集器如圖3.4所示。圖3.4GY-906溫度采集器3.2.3繼電器5V繼電器是一種常用的繼電器種類，這種繼電器的工作電壓低，功耗也低，但是可控的電流大，最大可達(dá)10A，并且成本也很低，通常作為一種廉價(jià)而可靠的選擇，用在弱電控制強(qiáng)電上。繼電器如圖3.5所示。圖3.5繼電器3.2.5OLED顯示屏0.96寸OLED顯示屏采用的SSD1315主控方案設(shè)計(jì)的一款I(lǐng)IC接口自發(fā)光顯示屏，這款屏幕具備128-64個(gè)單色像素點(diǎn)，并且功耗比tft液晶顯示屏具有更高的亮度和更低的功能優(yōu)勢(shì)。OLED顯示屏如圖3.6所示。圖3.6OLED顯示屏3.2.6人臉識(shí)別模組ESP32-CAM模組集成了ESP32芯片和相機(jī)，因此ESP32-CAM模組主要是對(duì)用戶人臉進(jìn)行拍照處理通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到服務(wù)器端，利用OpenCV進(jìn)行人臉信息的識(shí)別，再將人臉識(shí)別的結(jié)果反饋給后臺(tái)，經(jīng)過后臺(tái)處理后再將處理的結(jié)果發(fā)送給前臺(tái)。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同用戶的識(shí)別。而ESP32-CAM模組是一款基于ESP8266和OV2640攝像頭的模塊，并且該款模塊自帶4M的PSRAM和500萬(wàn)像素?cái)z像頭。ESP32-CAM模組如圖3.7所示。圖3.7ESP32-CAM模組3.2.7DHT11環(huán)境溫濕度傳感器DHT-11溫濕度傳感器是一款具備溫度和濕度同時(shí)測(cè)量的傳感器，它具有高精度、數(shù)字化輸出、單總線通訊以及低功耗的特點(diǎn)。它的內(nèi)部借助電容原理實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣水分濕度的測(cè)量，并且借助熱敏電阻和積分電路實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量。單片機(jī)可以通過單總線串行協(xié)議對(duì)測(cè)量結(jié)果的讀取。DHT-11溫濕度傳感器如圖3.8所示。圖3.8DHT-11溫濕度傳感器3.2.8DS18B20溫度傳感器DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器，通過單總線的通信方式與STM32芯片進(jìn)行連接，將DS18B20的VCC引腳、GND引腳還有DQ引腳分別連接到STM32單片機(jī)的5V引腳、GND引腳和GPIO引腳，而且它還是一款支持放入水中測(cè)量溫度的高精度溫度傳感器，可以將采集到的溫度讀數(shù)以數(shù)字形式輸出。DS18B20溫度傳感器如圖3.9所示。圖3.9DS18B20溫度傳感器3.2系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)如圖3.10所示，通過STM32單片機(jī)的各個(gè)引腳連通外接器件，主要連接兩個(gè)繼電器、攝像頭、溫濕度傳感器、ESP32模塊、水泵、舵機(jī)、紅外溫度傳感器、溫濕度傳感器。通過WIFI無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒏鱾€(gè)模塊采集的數(shù)據(jù)從單片機(jī)發(fā)送到上位機(jī)頁(yè)面進(jìn)行顯示。再通過單片機(jī)上的獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)本設(shè)計(jì)的控制。圖3.10系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

第4章程序設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)系統(tǒng)程序分為兩個(gè)部分，分別是上位機(jī)端程序和硬件端程序。其中上位機(jī)端程序負(fù)責(zé)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，與硬件端對(duì)接數(shù)據(jù)、后端業(yè)務(wù)邏輯處理等。硬件端程序則負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度等數(shù)據(jù)的采集。通過驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件實(shí)現(xiàn)控制飲水機(jī)出水、控制暖氣的開啟和關(guān)閉、控制舵機(jī)打開取藥閘門等。通過驅(qū)動(dòng)顯示屏實(shí)現(xiàn)顯示采集到的參數(shù)。通過驅(qū)動(dòng)ESP8266實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)對(duì)接服務(wù)器上位機(jī)端數(shù)據(jù)。4.2系統(tǒng)上位機(jī)端程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)上位機(jī)端程序分為前端，后端，數(shù)據(jù)庫(kù)三個(gè)部分，這三個(gè)部分相互之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)我們需要的功能。4.2.1前端設(shè)計(jì)前端作為人機(jī)交互的基礎(chǔ)，由HTML與JS組成，這其中HTML負(fù)責(zé)人機(jī)界面的顯示，CSS負(fù)責(zé)布局的描述，而JS則負(fù)責(zé)頁(yè)面動(dòng)態(tài)更新效果與人機(jī)交互按鍵操作的實(shí)現(xiàn)。前端的頁(yè)面效果如圖4.1所示：圖4.1前端頁(yè)面效果圖4.2.2后端設(shè)計(jì)后端在整個(gè)上位機(jī)端負(fù)責(zé)著幾乎絕大部分業(yè)務(wù)邏輯，這些邏輯包括統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)用戶的飲水量，識(shí)別硬件傳輸過來(lái)的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫(kù)，分析處理控制邏輯等。因此后端采用PHP編寫。后端的程序文件及各部分功能如表4.2所示：表4.2后端程序文件及各部分功能文件名功能SET.PHP接受前端的點(diǎn)擊事件操作，實(shí)現(xiàn)JS點(diǎn)擊事件背后的指令轉(zhuǎn)換功能，并將指令控制臨時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)便于下位機(jī)的接收。device_api.php對(duì)接硬件設(shè)備，接受傳輸過來(lái)的數(shù)據(jù)，下發(fā)上位機(jī)的控制指令等。Read_data.php前端頁(yè)面向數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)的接口MySQL.php接入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)接口4.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基礎(chǔ)，幾乎每個(gè)人機(jī)交互事件中的數(shù)據(jù)都需要借助數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)簡(jiǎn)介傳遞給其他部分，因此在設(shè)計(jì)中采用mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。4.2.4上位機(jī)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的上位機(jī)程序?qū)⒁獙?shí)現(xiàn)的功能采取分塊化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，主要分為信息收集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、控制模塊和信息交互模塊。如圖4.3所示：圖4.3上位機(jī)結(jié)構(gòu)圖4.3硬件端程序硬件程序分為主程序和子程序兩部分，主程序是單片機(jī)上電后執(zhí)行的第一個(gè)程序，也是協(xié)調(diào)整個(gè)程序系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。4.3.1主程序設(shè)計(jì)在主程序中，通過調(diào)用子程序，可以達(dá)到對(duì)應(yīng)的功能。在本設(shè)計(jì)中，我們?cè)敿?xì)的描述了系統(tǒng)整體程序結(jié)構(gòu)，通過對(duì)系統(tǒng)的描述可知程序是由各個(gè)子模塊組成，而各個(gè)子模塊又是由各種子程序構(gòu)成，這些子程序的組合完成某些細(xì)小功能，而各個(gè)模塊則通過協(xié)調(diào)子程序?qū)崿F(xiàn)整體功能的，這些功能共同構(gòu)成了我們的整個(gè)系統(tǒng)。例如調(diào)用紅外測(cè)量程序?qū)崿F(xiàn)測(cè)量體溫，調(diào)用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)控制閘門開關(guān)，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)通信程序?qū)崿F(xiàn)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互等。每當(dāng)調(diào)用完對(duì)應(yīng)的子程序后，程序又會(huì)回到主程序中執(zhí)行，緊接著進(jìn)行下一個(gè)子程序的調(diào)用。所以我們?cè)诔绦蛑型鶗?huì)看到主程序自初始化完成之后是一直處于循環(huán)運(yùn)行的。如下圖4.4所示：圖4.4主程序設(shè)計(jì)4.3.2紅外測(cè)溫程序設(shè)計(jì)紅外測(cè)溫程序被調(diào)用后，將控制串口向紅外測(cè)溫傳感器發(fā)送測(cè)溫指令，當(dāng)傳感器測(cè)溫結(jié)束后會(huì)主動(dòng)通過串口返回結(jié)果，這個(gè)結(jié)果由單片機(jī)借助串口中斷實(shí)現(xiàn)接受，最終完成紅外體溫測(cè)量的功能。如圖4.5所示:圖4.5紅外測(cè)溫程序設(shè)計(jì)4.3.3水溫測(cè)量程序設(shè)計(jì)水溫測(cè)量程序負(fù)責(zé)對(duì)飲水機(jī)輸出水的進(jìn)行溫度測(cè)量，實(shí)質(zhì)上是借助單總線通信協(xié)議對(duì)DS18B20溫度傳感器發(fā)送測(cè)溫指令并讀取測(cè)量結(jié)果，水溫測(cè)量程序流程如圖4.6所示：圖4.6水溫測(cè)量程序設(shè)計(jì)4.3.4人臉識(shí)別程序設(shè)計(jì)人臉識(shí)別程序分為兩個(gè)部分，其中采集人臉由ESP32與OV2650攝像頭實(shí)現(xiàn)，然后在由ESP32通過WiFi網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到人臉識(shí)別服務(wù)器端，人臉識(shí)別服務(wù)器識(shí)別到人臉之后將結(jié)果借助WiFi又返回給ESP32，最后ESP32再將結(jié)果通過串口傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)通過串口2接受ESP32發(fā)送過來(lái)的結(jié)果，用于判斷時(shí)誰(shuí)喝水。如圖4.7所示:圖4.7人臉識(shí)別程序設(shè)計(jì)4.3.5環(huán)境溫濕度測(cè)量程序設(shè)計(jì)環(huán)境溫濕度測(cè)量采用DHT-11傳感器，程序中設(shè)置有一個(gè)局部靜態(tài)變量記錄當(dāng)前讀取DHT-11時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間，然后借助這個(gè)靜態(tài)變量與系統(tǒng)時(shí)間的關(guān)系使得每隔2秒才能進(jìn)入一次溫度測(cè)量，當(dāng)讀取到室內(nèi)環(huán)境的溫濕度之后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DHT-11結(jié)構(gòu)體變量中，數(shù)據(jù)中的高位字節(jié)代表整數(shù)，低位字節(jié)代表小數(shù)部分。4.3.6舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式為脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)，為了便于實(shí)現(xiàn)，本程序中采用IO口模擬輸出的方式實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)調(diào)制，在脈沖的上升沿，借助IO口拉高的方式實(shí)現(xiàn)高電平輸出，在脈沖的下降沿，通過IO口拉低的方式實(shí)現(xiàn)輸出低電平。在程序中借助系統(tǒng)滴答定時(shí)器產(chǎn)生較為精準(zhǔn)的延時(shí)，然后配合循環(huán)產(chǎn)生周期為20毫秒左右，脈寬為調(diào)制寬度的PWM波。整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序流程如下圖4.8所示：圖4.8舵機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)4.3.7網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)STM32單片機(jī)由于本身不具備網(wǎng)絡(luò)接口，因此在此設(shè)計(jì)中單片機(jī)通過串口與WiFi模塊建立串口通信，借助WiFi串口通信實(shí)現(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，當(dāng)服務(wù)器有控制指令時(shí)，也可以借助WiFi串口實(shí)現(xiàn)指令的透?jìng)?，從而將指令從服?wù)器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，再由單片機(jī)執(zhí)行，在整個(gè)WiFi串口透?jìng)髦?，單片機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送借助的是串口1輸出，而接收數(shù)據(jù)則借助了串口1中斷，這樣的設(shè)計(jì)可以確保程序的實(shí)時(shí)性，避免了程序阻塞在等待服務(wù)器下發(fā)指令的過程中。網(wǎng)絡(luò)通信程序的功能流程如圖4.9所示：圖4.9網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)4.3.8水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)當(dāng)服務(wù)器端發(fā)送了飲水機(jī)輸出的指令，主控芯片則會(huì)借助IO口PA5控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸入端高電平，此時(shí)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)停止輸出時(shí)，單片機(jī)的IO口PA5輸出低電平關(guān)閉電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1元器件清單設(shè)計(jì)所需要的元器件清單如下表5.1所示：表5.1元器件清單序號(hào)元器件名稱1STM32F103單片機(jī)2DHT-11溫濕度傳感器3DS18B20溫度傳感器4GY-906紅外溫度傳感器5杜邦線6STLINK下載器7串口調(diào)試器85V繼電器9隔膜型水泵電機(jī)10ESP32-CAM模組11ESP8266模塊等5.2系統(tǒng)功能測(cè)試5.2.1人臉識(shí)別功能測(cè)試人臉識(shí)別功能的識(shí)別準(zhǔn)確度將影響系統(tǒng)的可靠性，如果可靠性低，則系統(tǒng)給用戶體驗(yàn)感將非常的差，并且當(dāng)可靠性過低時(shí)，這個(gè)功能將會(huì)毫無(wú)意義，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是為了方便用戶的生活的，所有我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)時(shí)，需要對(duì)人臉識(shí)別功能進(jìn)行準(zhǔn)確性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，下表5.2是我們?cè)O(shè)計(jì)的一組測(cè)量與結(jié)果：表5.2人臉識(shí)別實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試：人臉預(yù)期結(jié)果實(shí)際結(jié)果結(jié)論人臉1001ID=0Confidence=0ID=0;Confidence=0識(shí)別結(jié)果正確人臉1002ID=1001Confidence=120ID=1001Confidence>50識(shí)別結(jié)果正確人臉1003ID=1001Confidence=10ID=1001Confidence>50識(shí)別結(jié)果正確人臉1004ID=1004Confidence=45ID=1004Confidence<50識(shí)別結(jié)果正確表注：人臉1001在人臉庫(kù)中無(wú)存儲(chǔ)，且無(wú)相似人臉人臉1002在人臉庫(kù)中有相識(shí)人臉但非本人；人臉1003在人臉庫(kù)中有本人其他人臉庫(kù)模型人臉1004為較暗環(huán)境下人臉，人臉庫(kù)中有其模型可行度Confidence越小代表識(shí)別結(jié)果的可信度越高。通過以上的結(jié)果我們可以知道，本設(shè)計(jì)的人臉識(shí)別功能的可靠性較高，值得信賴。5.3整體功能調(diào)試在確保了系統(tǒng)各項(xiàng)細(xì)小的功能穩(wěn)定且可靠的工作之后，開始進(jìn)行系統(tǒng)整個(gè)功能的調(diào)試，調(diào)試流程如下：（1）首先，打開系統(tǒng)的上位機(jī)界面，選擇要查看的人物，勾選好姓名，此時(shí)將自動(dòng)刷新該人物的各項(xiàng)信息。然后在皮膚溫度正常時(shí)，先將攝像頭對(duì)準(zhǔn)人的臉部，并且等待大約1-3秒，此時(shí)攝像頭將進(jìn)行人臉信息識(shí)別，當(dāng)識(shí)別成功后，在硬件系統(tǒng)的顯示屏上會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的人員名稱，此時(shí)點(diǎn)擊按鍵1實(shí)現(xiàn)身份信息選定，鎖定人臉識(shí)別的結(jié)果，鎖定成功后，可以將攝像頭移開，然后將正常體溫的皮膚靠近紅外溫度傳感器的測(cè)量探頭前約0.5厘米處，等待1秒左右，此時(shí)測(cè)量到體溫，同時(shí)在上位機(jī)界面上可以看到更新的體溫信息如下圖5.3所示：圖5.3體溫測(cè)量結(jié)果在上圖中可以看到體溫測(cè)量結(jié)果為35.34攝氏度，這個(gè)體溫是正常的，因此推薦的飲水量為1500ml左右，此時(shí)在硬件端點(diǎn)擊飲水按鍵，系統(tǒng)啟動(dòng)飲水機(jī)的輸出，測(cè)量到的水溫值與上位機(jī)服務(wù)器端設(shè)置的水溫控制值進(jìn)行比較，再繼電器控制啟動(dòng)對(duì)水的加熱，在上位機(jī)上點(diǎn)擊開啟飲水量控制，輸出一段時(shí)間后，硬件自動(dòng)結(jié)束了輸出，在輸出水的同時(shí)可以在上位機(jī)端可以查看到飲水累積量在同步的增加，數(shù)據(jù)如下圖5.4所示：圖5.4飲水量統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過上圖可知，飲水量超過了建議值，此時(shí)上位機(jī)服務(wù)器端自動(dòng)根據(jù)飲水量控制功能遠(yuǎn)程下發(fā)指令關(guān)斷了水泵的輸出。通過上述測(cè)試，我們驗(yàn)證了系統(tǒng)的紅外測(cè)溫功能，人臉身份信息識(shí)別與傳輸功能，基于身份信息為基礎(chǔ)的飲水量控制功能。(2)然后，我們?cè)贀Q一個(gè)人員進(jìn)行測(cè)試，為了測(cè)試方便，實(shí)現(xiàn)已借助溫水將皮膚表面加熱到超過正常溫度值的狀態(tài)，同時(shí)將人臉識(shí)別的攝像頭對(duì)準(zhǔn)該人的臉部進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)識(shí)別成功后，等待約1秒，點(diǎn)擊人臉信息選定按鍵，鎖定人臉識(shí)別的結(jié)果，鎖定成功后，再將攝像頭移開，此時(shí)將被溫水加熱到超過正常體溫的皮膚靠近紅外溫度傳感器的探頭前距離約0.5厘米，然后等待測(cè)溫成功，當(dāng)測(cè)溫成功后，查看上位機(jī)顯示的信息如下圖5.5所示：圖5.5人臉識(shí)別測(cè)溫結(jié)果上圖信息顯示當(dāng)前測(cè)量到的體溫是39.56攝氏度，這個(gè)溫度超過了正常體溫，因此系統(tǒng)自動(dòng)修改建議的飲水量，推薦的飲水量從正常的1500-2000的標(biāo)準(zhǔn)提升到了2500ml。然后我們?cè)谟布宵c(diǎn)擊飲水輸出按鍵，此時(shí)開始輸出水，同時(shí)舵機(jī)打開存放藥物的閘門，使得我們可以取出里面的退燒藥使用，在上位機(jī)界面，我們可以查看到系統(tǒng)為我們貼心的推薦了退燒藥的使用量如圖5.6所示：圖5.6疫情期間發(fā)燒用藥量推薦在這個(gè)測(cè)試中，我們成功的驗(yàn)證了系統(tǒng)對(duì)疫情期間發(fā)燒病人飲水量的自動(dòng)調(diào)整推薦值功能以及在發(fā)燒時(shí)對(duì)退燒藥的推薦用量功能。(3)最后，我們需要在上位機(jī)上點(diǎn)擊設(shè)置環(huán)境溫度值為24攝氏度，此時(shí)溫濕度傳感器測(cè)量到的環(huán)境溫度為19攝氏度，此時(shí)可以硬件上查看到負(fù)責(zé)暖氣的繼電器啟動(dòng)了，此時(shí)代表系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)暖氣進(jìn)行保暖。再設(shè)置回環(huán)境溫度控制值，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停止暖氣輸出。上位機(jī)設(shè)置如圖5.7所示：圖5.7環(huán)境溫度配置在這一步驟中，完成了對(duì)系統(tǒng)環(huán)境控制功能的驗(yàn)證。通過上述的三個(gè)步驟，我們就驗(yàn)證完了系統(tǒng)的所有功能，并且可以得出結(jié)果，系統(tǒng)整個(gè)功能完成，各功能間的協(xié)調(diào)性合理且快速，系統(tǒng)使用體驗(yàn)良好，具有很高的便捷性。

第6章總結(jié)本文主要分析了在生病的時(shí)候家庭成員不同的身體狀況和個(gè)人的特殊需求，在生病情況下生病群體因?yàn)閭€(gè)人的身體原因不能很好的照顧好自己，從而長(zhǎng)時(shí)間忍受病痛的煎熬。本文針對(duì)這一現(xiàn)狀進(jìn)行了深入的研究與調(diào)查，采用了比較先進(jìn)的環(huán)境檢測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、傳感器技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建了一個(gè)基于人臉識(shí)別的智能護(hù)理系統(tǒng)，通過WIFI通訊技術(shù)作為橋梁連接本設(shè)計(jì)的上位機(jī)與下位機(jī)。再針對(duì)不同的使用者進(jìn)行多次調(diào)試與檢測(cè)，最后實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的目的。本文的主要工作內(nèi)容如下：（1）下位機(jī)主要采用STM32單片機(jī)作為主控制器，該控制器實(shí)現(xiàn)了收集環(huán)境溫濕度、智能飲水加熱、檢測(cè)人體體溫以及控制水泵實(shí)現(xiàn)飲水和舵機(jī)智能分配藥物的功能，并且該主控制器搭載了人臉識(shí)別模塊，可以根據(jù)家庭成員的不同從而實(shí)現(xiàn)提供適宜飲水量的效果。（2）上位機(jī)通過構(gòu)建智能控制系統(tǒng)臺(tái)，利用WIFI通訊技術(shù)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的信息交互，上位機(jī)再采用OPENCV技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉圖像的識(shí)別，通過HTML設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面可以讓使用者更加方便，清楚的看到采集到的各種信息，以及當(dāng)前個(gè)人的飲水量，從而更加合理，快捷的控制家庭各個(gè)成員的飲水量。利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)將下位機(jī)采集的各種信息進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)再有人員進(jìn)行飲水時(shí)下位機(jī)會(huì)通過人臉識(shí)別模塊進(jìn)行人臉識(shí)別，將采集到的數(shù)據(jù)通過WIFI通訊技術(shù)發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)再通過比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同人群實(shí)現(xiàn)特定飲水的效果，以及通過下位機(jī)的紅外測(cè)溫技術(shù)檢測(cè)人員是否發(fā)燒，將結(jié)果發(fā)送給上位機(jī)，上位機(jī)再進(jìn)行判斷是否讓舵機(jī)開啟實(shí)現(xiàn)藥物的分發(fā)功能。本設(shè)計(jì)雖然完成了人臉識(shí)別以及智能推薦飲水等相關(guān)功能，但仍然還存在一些不足，主要在處理下位機(jī)收集的人臉圖像時(shí)并不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)識(shí)別，還需要給下位機(jī)的攝像頭模組一定的識(shí)別時(shí)間。但是我相信隨著人們生活水平的不斷提高，智能護(hù)理系統(tǒng)在未來(lái)一定會(huì)越來(lái)越受歡迎，逐漸取代現(xiàn)有單一的傳統(tǒng)護(hù)理模式。

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附錄附錄A:實(shí)物展示

附錄B:部分程序#include"stm32f10x.h"#include"api.h"u32limit_cyc=0,cyc=0;u8ad_nub_st=0;staticu8fac_us=0; //us延時(shí)倍乘數(shù) staticu16fac_ms=0; //ms延時(shí)倍乘數(shù)voidTIM4_Init(u16per,u16psc){ TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseInitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);//使能TIM4時(shí)鐘 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=per;//自動(dòng)裝載值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc;//·分頻系數(shù) TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置向上技術(shù)模式 TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStructure); TIM_ITConfig(TIM4,TIM_IT_Update,ENABLE);//開啟定時(shí)器中斷 TIM_ClearITPendingBit(TIM4,TIM_IT_Update); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM4_IRQn;//定時(shí)器中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//搶占優(yōu)先 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3; //子優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //IRQ通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);//使能定時(shí)器}u8bt_nub,bt_ok,bt_st1,bt_st2,bt_st3;voidbutton(void){ if(bt1==0) { if(bt_st1==0) { bt_st1=1; bt_ok=1; bt_nub=1; } } else { if(bt_st1==1) { bt_st1=0; } } if(bt2==0) { if(bt_st2==0) { bt_st2=1; bt_ok=1; bt_nub=2; } } else { if(bt_st2==1) { bt_st2=0; } } if(bt3==0) { if(bt_st3==0) { bt_st3=1; bt_ok=1; bt_nub=3; } } else { if(bt_st3==1) { bt_st3=0; } }}u8r_button(void){ if(bt_ok) { bt_ok=0; returnbt_nub; } return0;}voidTIM3_Init(u16per,u16psc){ TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseInitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);//使能TIM4時(shí)鐘 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period=per;//自動(dòng)裝載值 TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler=psc;//分頻系數(shù) TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;//設(shè)置向上計(jì)數(shù)模式 TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStructure); TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE);//開啟定時(shí)器中斷 TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=TIM3_IRQn;//定時(shí)器中斷通道 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;//搶占優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=3; //子優(yōu)先級(jí) NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE; //IRQ通道使能 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);//使能定時(shí)器}/*****************************************************************函數(shù)名:TIM4_IRQHandler*函數(shù)功能 :TIM4中斷函數(shù)*輸入:無(wú)*輸出:無(wú)****************************************************************/voidTIM3_IRQHandler(void){ if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)) { //if(time_data<20)time_data++;//send_bit1=1; // send_data("1\r\n"); Sys_Run_Time++; if(time_data>0) { time_data--; } if(u3time>0) { u3time--; } if(dht_time>0) { dht_time--; } button(); } TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); }voidSysTick_Init(u8SYSCLK){ SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8); fac_us=SYSCLK/8; fac_ms=(u16)fac_us*1000; } voiddelay_us(u32nus){ u32temp; SysTick->LOAD=nus*fac_us; //時(shí)間加載 SysTick->VAL=0