基于物聯(lián)網(wǎng)和OpenCV的小型貓犬智能寵物小屋的設計

第一章緒論1.1選題的背景和意義現(xiàn)如今當代社會更加呈現(xiàn)出現(xiàn)代化、科技化，科學技術是社會飛速發(fā)展塑造的產(chǎn)物，但是隨著社會的進步發(fā)展人與人之間溝通卻日漸疏遠了，當代社會有越來越多的人會選擇飼養(yǎng)寵物的方式來排解現(xiàn)代社會給我們帶來的巨大壓力，當上班族下班回到家看到自己的寵物開心的向你跑來，一切煩惱都會拋之腦后；因為寵物可以讓主人在快節(jié)奏工作生活的今天，更好的放松壓力、帶來歡笑；飼養(yǎng)寵物與寵物互動已經(jīng)成為忙碌工作生活的重要調(diào)節(jié)減壓方式，如今，各種各樣的寵物已經(jīng)融入我們的生活,成為我們生活的一部分。寵物數(shù)量的逐年增加，主人為了寵物可以得到更加舒適的環(huán)境，為寵物購買各式各樣的生活用品，使得的寵物用品也層出不窮。依據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)頒布的《2020-2026年中國寵物用品及服務行業(yè)市場運行潛力及營銷渠道分析報告》，從報告可以看出目前寵物經(jīng)濟呈現(xiàn)出了急速發(fā)展的趨向,而且急速發(fā)展的寵物經(jīng)濟隨著寵物行業(yè)的發(fā)展、興盛，依然初步形成了一個產(chǎn)業(yè)鏈，在寵物用品中寵物家居所占比重是比較大的一部分，寵物飼養(yǎng)者在購買寵物用品時寵物家居的購買是一個占比較大的購買方向，并且伴隨著社會的科技化，寵物飼養(yǎng)者趨于年輕化，智能寵物家居的需求量也是相當大的。由于貓是天生具有領地意識的動物。所有的貓，包括家貓都有自己的地盤REF_Ref6612\r\h[1]。而對于狗來說，狗也有明顯的領地習性REF_Ref6726\r\h[2]。對于幼兒在不經(jīng)意間進入寵物家居即寵物領地時造成的安全隱患，以及在寵物飼養(yǎng)者外出時寵物食物投喂，寵物小屋環(huán)境中溫度調(diào)節(jié)都是需要解決的問題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析在1999年，由位處美國的MIT（麻省理工學院）在提出物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的概念之后，其經(jīng)歷了迅速的發(fā)展，在各行各業(yè)如工業(yè)，農(nóng)業(yè)，家庭等方面都有了廣泛且大量的應用，物聯(lián)網(wǎng)應用發(fā)展的重要方向之一就是家庭物聯(lián)網(wǎng)。而在國外就有人提出將寵物智能家居依托于整個人類家庭的智能家居來建設。如NamKyungLee等人（2014）提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)中的寵物護理服務REF_Ref6785\r\h[3]，目的是通過以智能家居為基礎實現(xiàn)對寵物居住的智能化。但是通過梳理分析，這些系統(tǒng)部署周期較長且需要依托整個智能家居總體作為依托來建設寵物小屋，故其成本較高，而其普及性卻較低。目前，在國內(nèi)的研究大多是基于某一具體方面對寵物家居進行討論開發(fā)，孫博等人（2016）提出了一種遠程科學喂養(yǎng)寵物的系統(tǒng)REF_Ref6863\r\h[4]。邵彥達等人（2017）提出了借助于智能家居,來輕松喂養(yǎng)家中的寵物REF_Ref6932\r\h[5]。劉惠惠（2018）也提出了在寵物用品中的智能喂食器。通過智能喂食器，便于用戶遠程喂食等操作REF_Ref6981\r\h[6]。它們都是在單一的喂食方面對寵物家居提出了建設的觀點。而王丹雪（2014）提出的寵物的短期寄養(yǎng)的服務平臺，由寄養(yǎng)人自己在平臺尋找有資質(zhì)的寵物飼養(yǎng)者進行寵物托管REF_Ref7013\r\h[7]。以及楊瑩（2014）提出的基于智能化設備和智能化家居的寵物托管服務平臺，在寵物飼養(yǎng)者出差等情況下寵物無人照看時可通過這個平臺對寵物提供個性化的寄養(yǎng)REF_Ref7046\r\h[8]。也只是在寵物飼養(yǎng)者短暫離家后寵物寄養(yǎng)方面的討論與研究，但如果擁有一個智能化的寵物小屋，將這些單一的功能聚集起來，那將為寵物飼養(yǎng)者帶來極大的方便。1.3本文主要研究內(nèi)容針對現(xiàn)有的智能寵物小屋的研究和分析，本文基于OpenCV，微信小程序、結(jié)合B/S架構(gòu)對數(shù)據(jù)進行處理展示并可通過移動端對硬件進行控制，硬件采用樹莓派和STM32微控制核心。第二章智能寵物小屋總體架構(gòu)和相關技術概述2.1總體架構(gòu)在此次設計中，以STM32和樹莓派作為控制核心，以溫濕度傳感器和ov5647傳感器、繼電器等作為基礎外部設備。結(jié)合嵌入式，無線傳輸，基礎圖像處理以及微信小程序等技術，設計實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)和OpenCV的智能寵物小屋。通過環(huán)境傳感器對環(huán)境（主要是對溫濕度）數(shù)據(jù)的采集，將結(jié)果發(fā)送至主控芯片STM32，再通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器樹莓派，再發(fā)送至服務器，最終將數(shù)據(jù)顯示在微信小程序端。通過ov5647傳感器，對物體進行圖像采集，再使用Python結(jié)合OpenCV對圖像進行預處理并進行初步識別。采用基于harr特征進行貓臉識別REF_Ref7111\r\h[9]。若識別成功打開小屋的門，識別失敗則將圖片傳輸至百度AI接口進行二次識別。由于百度很早就提出了“ALLIN人工智能戰(zhàn)略”REF_Ref7170\r\h[10]，所以其能提高圖片檢測的準確度。將最終結(jié)果傳回主控制器樹莓派，判斷是否開啟小屋的門。在移動端（微信小程序）可以設置溫濕度閾值，通過加熱毯和風扇來對寵物小屋環(huán)境進行自動調(diào)節(jié)。也可進行喂食操作，不僅能通過自動識別來決定開啟小屋的門，也可在移動端直接開啟小屋的門。在本文的設計方案中能夠分為兩部分，硬件設計的部分和軟件設計的部分。其中硬件組成部分主要有STM32開發(fā)板、樹莓派4B開發(fā)板、溫濕度傳感器、攝像頭、金屬舵機、繼電器、SD存儲卡，軟件組成部分主要有移動端微信小程序，服務器處理、Python+OpenCV以及攝像頭驅(qū)動等。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖2-1。圖2-1系統(tǒng)總體架構(gòu)2.2控制器在本次設計中采用的控制器是STM32F407VET6微控制器和樹莓派4B微控制器。其外觀分別如圖2-2和圖2-3。圖2-2STM32F407VET6微控制器圖2-3樹莓派4B微控制器2.2.1STM32F407VET6和樹莓派4B微控制器概述STM32F407VET6是由ST（意法半導體）公司研發(fā)制作的一款低功耗，高性能，低價格的微控制器，定時器、AD、DA、復位、電源管理、時鐘等資源都集與于其內(nèi)部。這些資源對本次設計提供了極大的助力，其所擁有的82個I/O口恰如其分的適應本次設計的外設要求。由于STM32F407VET6所提供的強悍的時鐘系統(tǒng)和32位處理器，所以在本次設計的中能夠快速且富有效率的完成數(shù)據(jù)的獲取，計算以及傳輸工作。樹莓派4B是由“RaspberryPi基金會”這個注冊于英國的慈善組織開發(fā)的。是一款微型電腦且其基于ARM。其具有開放性極高的特點，可運行Linux系統(tǒng)，在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)中廣泛運用。其具有USBType-C電源接口、64位4核處理器、CSI攝像頭接口，板載無線網(wǎng)絡，對本次設計中圖片的采集以及Python+OpenCV程序處理的運行提供了相當大的助力。Python程序在windows下完成，運行在樹莓派的linux系統(tǒng)下REF_Ref7222\r\h[11]。2.2.2STM32F407VET6資源STM32F407VET6芯片富含豐富的內(nèi)部資源，重點是以下幾個方面。內(nèi)核：超高性能ARMCortex-M4（32位），時鐘頻率高達168MHZ，并且支持DSP指令以及FPU（浮點運算）。存儲器容量：1024KFLASH，192KSRAM。I/O口：100個引腳，82個I/O口，支持JTAG以及SWD兩種調(diào)試方式。時鐘、復位以及電源管理：支持1.8~3.6V電源和IO電壓，可用上電復位，掉電復位和可編程的電壓監(jiān)控，時鐘含有4~26M的外部高速晶振，16MHz的高速RC振蕩器。低功耗：擁有待機、睡眠及停止三種低功耗模式。通信接口：擁有17個通信接口，包含6個串口、3個SPI接口、1個SDIO、3個I2C接口、2個CAN2.0、2個USBOTG。定時器：擁有17個定時器，含有10個通用定時器、2個基本定時器、1個系統(tǒng)定時器、2個看門狗定時器。AD和DA：存在3個12位AD以及2個12位DA。2.2.3樹莓派4B資源1.內(nèi)核：采用ARMCortex-A721.5GHz（四核）。2.數(shù)字接口：包含DSI（顯示屏）以及CSI（攝像頭）。3.網(wǎng)絡接口：含有WiFi、藍牙和以太網(wǎng)接口，可滿足各種網(wǎng)絡需求。4.外設：擁有高達40pin的GPIO。5.操作系統(tǒng)：支持很多的操作系統(tǒng)。2.3微信小程序在本次設計中采用微信小程序作為移動端讓用戶和硬件交互。2.3.1微信小程序的結(jié)構(gòu)在小程序中我們知道主要有不同類型的文件總共4種，分別為：（1）以.json作為后綴的一個JSON配置文件，其僅僅是一種數(shù)據(jù)格式，并不是編程的語言，在小程序中，JSON作為一個靜態(tài)配置存在。（2）以.wxml作為后綴的是一個WXML的模板文件，是由標簽以及屬性等構(gòu)成的（和HTML相似）。（3）以.wxss作為后綴的叫做WXSS樣式文件，能夠通過它控制上述所說WXML的樣式（和CSS相似）。（4）以.js作為后綴的是一個JS腳本的邏輯文件，其功能就是用來和用戶做交互的，它處理用戶的操作。值得注意的是在小程序中并沒有DOM和BOM這樣的概念。在微信小程序中，前三者屬于渲染層，js文件屬于邏輯層。2.3.2微信小程序結(jié)構(gòu)1.宿主環(huán)境對比于網(wǎng)頁開發(fā)，微信小程序只有微信的客戶端這一種運行環(huán)境，而在小程序開發(fā)制作的一個過程中我們又需要接觸和面向的是主流的手機OS即Android以及蘋果公司獨有的IOS，還有就是小程序開發(fā)工具。而小程序在這三種環(huán)境中的運行機制也是有較大的區(qū)別的，如表2-1。表2-1微信小程序三大宿主環(huán)境區(qū)別宿主環(huán)境邏輯層渲染層IOSJavaScriptCoreWKWebviewAndroidV8Chromium定制內(nèi)核小程序開發(fā)工具NWJSChromeWebView（1）Android操作系統(tǒng)簡介由Google公司為主導進行了對android的研制開發(fā)，其以Linux為根基，具有開源的特點，移動終端（手機、平板等）廣泛采用并進行二次開發(fā)。其JS（JavaScript）引擎(即專門用于處理js腳本的虛擬機)采用了GoogleV8，其渲染引擎即瀏覽器內(nèi)核采用的是Chromium的定制內(nèi)核。（2）IOS操作系統(tǒng)簡介由Appleinc.（蘋果公司）主導開發(fā)的iOS屬于一種類Unix系統(tǒng)。是一種商業(yè)系統(tǒng)。IOS的使用界面可以采用多點觸控的方式進行一個直接的操作。主要包括按鍵、輕觸開關、滑動等一系列的操作的方式。在界面與系統(tǒng)交互的方式上包括三種，主要是旋轉(zhuǎn)和輕按還有擠壓。其JS（JavaScript）引擎采用的是JavaScriptCore，選用WKWebview作為其瀏覽器內(nèi)核。（3）小程序開發(fā)工具由微信官方主導研發(fā)并提供的微信開發(fā)工具主要是面向微信小程序的。其包括了上傳，預覽，調(diào)試，開發(fā)等基本功能。其擁有活躍的社區(qū)、龐大的受眾。還有開發(fā)文檔以及設計指南，對開發(fā)者友好，集成了代碼編輯、開發(fā)調(diào)試還有程序預覽發(fā)布等功能，可幫助我們開發(fā)者對微信小程序進行簡單和高效地開發(fā)。其JS（JavaScript）引擎采納NWJS，而ChromeWebView是其主要的瀏覽器內(nèi)核。運行環(huán)境邏輯層和渲染層是微信小程序主要的運行環(huán)境，渲染層包含的是WXML模板以及WXSS樣式，邏輯層主要運行JS腳本。采納線程對小程序的邏輯層、渲染層進行管理。采用JsCore這個線程運轉(zhuǎn)JS腳本于邏輯層，使用線程WebView渲染位于渲染層的界面。一般來說，大量WebView線程會同時運轉(zhuǎn)在小程序中，因為有大量的小程序界面，通過Native（指微信客戶端）這兩個線程的通信會做一個中繼，Native轉(zhuǎn)發(fā)的還有邏輯層發(fā)送的眾多網(wǎng)絡請求，小程序中的通信模型如圖2-4所示：圖2-4小程序通信模型2.4OpenCVOpenCV作為一個優(yōu)秀的計算機視覺庫，它包含有跨平臺，輕量高效的特點。在多種操作系統(tǒng)如IOS、Linux、Android、Windows都可以完美運行。它由C語言及C++編寫。當然其亦提供了許多主流編程語言的接口，如MATLAB、Python、Java等。2.4.1圖像灰度化灰度即沒有色彩，灰度圖就是指不包含色彩信息卻只有亮度信息的圖片。圖像灰度化指的就是把正常擁有色彩的圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖的一個流程?；叶纫泊砗诎讏D片中的像素點的大小。其范圍為0~255，黑色即為0，而255就代表的是白色。在生活中我們所獲取的一般是彩色圖像，其是由RGB即RED（紅色）、GREEY（綠色）BLUE（藍色）構(gòu)成的。在處理圖像的時候為了方便運算，我們需要通過圖像灰度化操作把三通道的彩色圖像轉(zhuǎn)換為單通道的灰度圖像REF_Ref7271\r\h[12]。對比圖2-5我們可以看出，相較于彩色圖，大部分信息依然保留在了灰度圖中。彩色圖（b）灰度圖圖2-5彩色圖于灰度圖2.4.2圖像壓縮圖像壓縮即把給定的信息量中所需數(shù)據(jù)量的處理減少。在本次設計將拍攝的圖片進行壓縮處理。冗余信息是指含重復和不相關信息可以分為以下幾類：1.編碼冗余：編碼代表的是一種符號系統(tǒng)，可以將事件集合或信息實體表現(xiàn)出來。2.非相關的冗余：圖片中人們經(jīng)常會忽略的的一些沒有用處的信息。它是冗余的。2.5本章小結(jié)本章對智能寵物小屋的總體架構(gòu)，以及智能寵物小屋主要實現(xiàn)的功能做了一個具體的介紹。對實現(xiàn)其的主要技術做了具體的說明。第三章智能寵物小屋的硬件設計硬件總體架構(gòu)在上一章對設計的總體架構(gòu)進行了簡單的概述，在本次設計中硬件的主要部分有主控制器樹莓派和STM32，以及其各自的供電模塊，還有ov5647傳感器對圖像進行采集，溫濕度傳感器采集寵物小屋內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，通過處理這些環(huán)境數(shù)據(jù)和采集的圖像數(shù)據(jù)，再借助繼電器、舵機、加熱毯、風扇對環(huán)境進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)喂食以及開啟關閉寵物小屋的門。兩個主控制器樹莓派以及STM32之間使用串口進行通信。如圖3-1展示了硬件的總體架構(gòu)。圖3-1硬件總體架構(gòu)采集數(shù)據(jù)傳感器模塊此次設計所使用的傳感器有ov5647圖像傳感器和BME280傳感器，分別用于圖像的采集和溫濕度的檢測。ov5647圖像傳感器ov5647是基于500萬像素的，具有高性能，低功耗特點的一類圖像傳感器，由豪威科技（ominivision）公司設計制作的。它采用了omnibsi技術并且以此給外部提供視頻輸出其分辨率高達2592x1944。ov5647支持圖像處理器和攝像頭的幾乎所有功能。它可以提供不同分辨率的原始圖像通過采用串行攝像機控制總線還有MIPI接口。我們可以借助SCCB接口來控制攝制圖像的質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸以及相機功能。omnibsi技術在ov5647中的創(chuàng)新使用，為其高性能提供了強有力的保證。而無需物理和光學權衡。Ov5647攝像頭模塊自帶的扁平帶狀電纜連接至RaspberryPi（樹莓派）計算機板上的15引腳MIPI照相機串行接口(CSI)連接器S5。ov5647的總體結(jié)構(gòu)圖如圖3-2。圖3-2ov5647總體結(jié)構(gòu)圖BME280傳感器BME280傳感器是環(huán)境傳感器，具有多種功能，能夠感知環(huán)境中的溫濕度以及大氣壓強。支持SPI以及I2C接口，具有功耗低，尺寸小，精度高，且穩(wěn)定的特點。此次設計中主要采集溫濕度信息。接口中的功能引腳包括，VCC（電源正），GND（電源地），SDA/MOSI（數(shù)據(jù)線）,SCL/SCK（時鐘線）,ADDR/MISO（地址片選）這幾種。其外觀如圖3-3。圖3-3BME280傳感器繼電器模塊繼電器是電氣控制的裝置，在輸入量變?yōu)橹付ㄒ髸r，會導致電氣輸出電路中的控制量發(fā)生階躍性的變化的一種電氣設備。它在控制系統(tǒng)（即輸入回路）和受控系統(tǒng)（即輸出回路）之間具有交互的關系。它實際上是一種“\t"/item/%E7%BB%A7%E7%94%B5%E5%99%A8/_blank"自動開關”?？捎梦⑷醯碾娏鱽韺Υ箅娏鬟M行控制。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用REF_Ref7311\r\h[13]。在此次設計中主要采用繼電器對舵機，還有風扇以及電熱毯進行控制。其原理圖如圖3-4。圖3-4繼電器原理圖本章小結(jié)本章主要對硬件設計部分的總體架構(gòu)進行了介紹，還有對傳感器等一些相關外設進行了詳細描述。第四章智能寵物小屋軟件設計4.1軟件總體設計流程此次設計的軟件總體流程如圖4-1。軟件部分主要實現(xiàn)的是對各部分外設硬件的初始化、溫濕度的檢測、STM32和樹莓派連接、樹莓派和STM32數(shù)據(jù)傳輸處理、攝像頭（ov5647圖像傳感器）拍照、繼電器閉合、OpenCV識別程序、微信小程序等軟件功能。圖4-1軟件總體流程圖4.2傳感器軟件的設計在此次設計中，采用了BME280傳感器，ov5647傳感器，分別用來采集溫濕度和圖像。4.2.1BME280傳感器軟件設計BME28信號類型共包含6種：應答脈沖、復位脈沖、寫0、讀0、寫1和讀1。在這以上列出的這6種信號中，將應答脈沖信號排除之后，其它的5種信號都是將采集的字節(jié)數(shù)據(jù)都是按照低位在前，且由主機將同步信號進行輸出的這種形式發(fā)送出去。我們在IAR這個平臺上創(chuàng)建bme280.c文件且定義函數(shù)BME280_Temp()用來獲取溫濕度。其主要程序如下shortBME280_Temp()(void){u8bme_temp;u8TH,TL;shorttemp;BME280_Start();BME280_Rst();BME280_Check();BME280_Write_Byte(0xcc);BME280_Write_Byte(0xbe);TH=BME280_Read_Byte();TL=BME280_Read_Byte();if(TH>7){TL=~TL;TH=~TH;bme_temp=0;//表明溫度低于0度。}elsebme_temp=1;//表明溫度高于0度temp=TH;//高8位獲取temp<<=8;temp+=TL;//低8位獲取temp=(float)temp*0.625;if(bme_temp)returntemp;//返回值elsereturn-temp;}4.2.2ov5647傳感器軟件設計本部分直接采納Python語言進行軟件程序的實現(xiàn)。首先采用bcm2835-v4l2進行攝像頭驅(qū)動程序的安裝。進行抓拍的主要代碼實現(xiàn)如下：對ov5647圖像傳感器的調(diào)用picamera.PiCamera()ascam:cam.resolution=(320,240)cam.framerate=24將抓拍的圖像RGB轉(zhuǎn)換為GBR格式defcam_still(cam):image=np.empty((240*320*3,),dtype=np.uint8)cam.capture(image,'bgr')image=image.reshape((240,320,3))image=cv2.transpose(image)returnimage最后利用opencv對圖像進行編碼，便于傳輸defimage_to_base64(image_np):image=cv2.imencode('.jpg',image_np)[1]returnbase64.b64encode(image).decode('utf-8')在樹莓派中使用ov5647圖像傳感器相較于在STM32上使用，減少了了對引腳等GPIO的設置，使用更加方便。4.3樹莓派網(wǎng)絡以及與STM32連接軟件設計在使用樹莓派時，擁有圖形界面時，網(wǎng)絡配置可在右上角的菜單欄里選擇wifi,然后輸入密碼REF_Ref7647\r\h[14]。但是本次設計中并沒有使用圖形用戶界面，所以先采用直接插入網(wǎng)線之后使用putty工具遠程連接樹莓派。主要通過SSH的方式遠程連接REF_Ref7347\r\h[15]。并進行配置文件wpa.conf文件的編寫，進行網(wǎng)絡的配置如下：country=CNctrl_interface=DIR=/var/run/wpaGROUP=netdevupdate_config=1network={ssid="HelloKitty"psk="123456789"priority=5}network={ssid="Peting"psk="123456789"priority=4}如上所示，能夠?qū)Υ罅烤W(wǎng)絡進行配置，并在網(wǎng)絡范圍內(nèi)進行網(wǎng)絡連接。在STM32于樹莓派的連接中，通過USB進行之間的數(shù)據(jù)互通，其主要編碼如下：deflink_to_stm32():ports=list(serial.tools.list_ports.grep('ttyACM'))if(len(ports)==1):returnserial.Serial(port='/dev/%s'%ports[0].name,baudrate=115200)else:returnNone本部分主要是樹莓派連接STM32的編程部分。send_data=UsbSend()recv_data=UsbRecv()link=link_to_stm32()if(link):link.flush()link.write(send_data.to_stream())recv_data.from_stream(link.read(size=sizeof(UsbRecv)))link.close()response_object={'temperature':int(recv_data.temperature),'humidity':int(recv_data.humidity),'image':image_to_base64(camera_still(camera))}//定義傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式response=requests.post(url=api_url,json=response_object,timeout=10)本部分中對兩個主控制器的數(shù)據(jù)傳輸進行了設置和定義，并且通過post的方式將數(shù)據(jù)傳輸給上位機。4.4微信小程序端軟件設計微信小程序端主要用來進行數(shù)據(jù)的展示以及對下位機硬件的控制。微信小程序的總體流程如圖4-2。圖4-2微信小程序總體流程圖在進入小程序后需要選擇是寵物貓還是狗的小屋，然后可進行溫濕度閾值的調(diào)節(jié)，之后若設置為自動即所有操作都可自動完成，反正則需要在小程序端手動完成開門，喂食，環(huán)境調(diào)節(jié)的動作。小程序頁面加載的主要程序如下：wx.request({method:'get',url:'https://hww.mynatapp.cc/getinfo',success(e){if(e.data.animal=="cat"){_this.setData({image:'../../image/cat.jpg'})}elseif(e.data.animal=="dog"){_this.setData({image:'../../image/dog.jpg'})}_this.setData({data:e.data,currentValue:e.data.auto_humidity})console.log(_this.data.data)}})在此次設計中由于未購買合法域名所以采用NATAPP內(nèi)網(wǎng)穿透的方式對小程序要訪問的域名進行設置。在使用的過程中只需要在服務器端打開命令行，輸入./natapp-authtoken=f8e197ce06cf269d對購買的賬號進行驗證，驗證成功之后即可將你本地環(huán)境作為一個擁有合法域名的服務器。4.5服務器處理的軟件設計由于在樹莓派中采用的OpenCV處理識別的精度不高，所以在樹莓派中初次識別后，若可以識別為寵物，則進行正常的操作，若識別失敗，則將圖片數(shù)據(jù)傳輸值服務器，然后掉用百度AI接口對上傳的圖像進行識別，并返回結(jié)果給下位機。并且樹莓派也將獲取的溫濕度等數(shù)據(jù)傳輸至服務器進行處理。服務器軟件執(zhí)行的流程圖如圖4-3。圖4-3服務器處理程序流程圖在對樹莓派傳輸?shù)膱D片進行二次識別時，首先對其進行解碼。byte[]imageByte=decoder.decodeBuffer(base64String);之后生成圖片路徑以及文件名。

StringpathString=req.getServletContext().getRealPath("/")+"temp.jpg";接下來將接口需要的類AipImageClassify進行初始化

AipImageClassifyclient=newAipImageClassify(APP_ID,API_KEY,SECRET_KEY);

可以選擇對網(wǎng)絡的連接參數(shù)進行設置。

client.setConnectionTimeoutInMillis(2000);

client.setSocketTimeoutInMillis(60000);然后設定并獲得所需參數(shù)。

HashMap<String,String>options=newHashMap<String,String>();

Stringimage=filename;最后獲得接口的返回值res。

JSONObjectres=client.advancedGeneral(image,options);接下來只要對接口的返回值res進行解析即可完成對圖像的二次識別。4.6樹莓派中OpenCV軟件設計在此次設計中首先依據(jù)在樹莓派中Python+OpenCV的程序進行初步的寵物識別，若成功則直接進行相應操作，若失敗，再將圖片發(fā)送給百度AI接口進行識別，并返回結(jié)果。4.6.1級聯(lián)分類器的訓練在開始進行圖片的檢測之前，首先進行分類器的訓練，在本文中采用的是haar級聯(lián)分類器。訓練的基本流程如圖4-4。圖4-4分類器訓練基本流程樣本數(shù)據(jù)的收集首先收集正樣本數(shù)據(jù)以及負樣本數(shù)據(jù)，以狗臉檢測為例，則正樣本即為狗臉圖像，負樣本即處狗臉圖像的其他圖像。一般情況下負樣本的數(shù)量是多于正樣本的數(shù)量的。在網(wǎng)絡上完成樣本的收集之后對正樣本進行灰度化處理。之后再對圖片的命名進行有序化處理。部分正樣本如圖4-5。圖4-5部分正樣本正負樣本數(shù)據(jù)資源文件生成在本文中樣本的資源數(shù)據(jù)文件生成采用Java編程實現(xiàn)。獲取的正樣本數(shù)據(jù)資源文件如圖4-6。其中前面的路徑表示圖像相對該數(shù)據(jù)資源文件的路徑，1表示文件數(shù)為1，00表示圖像左上角坐標。最后兩個數(shù)字表示圖像右下角的坐標。獲取的負樣本數(shù)據(jù)資源文件如圖4-7。圖4-6正樣本數(shù)據(jù)資源文件圖4-7負樣本數(shù)據(jù)資源文件vec文件的生成接下來使用工具opencv_createsamples來進行樣本文件(vec文件)的生成。在命令行中輸入如圖4-8命令即可。圖4-8vec文件生成訓練樣本數(shù)據(jù)最后再使用工具opencv_traincascade進行訓練得到分類器文件。在命令行中輸入如圖4-9的命令即可。圖4-9分類器文件生成4.6.2圖片檢測程序的實現(xiàn)在初步識別中，首先通過以下代碼加載OpenCV自帶的分類器。xmlPath="cascade.xml"facexmlCascade=cv2.CascadeClassifier(xmlPath)接下來，讀取圖片并進行灰度化。img=cv2.imread("cat.jpg")gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)之后，運用detectMultiScale函數(shù)進行貓臉或狗臉的檢測。faces=faceCascade.detectMultiScale(gray,scaleFactor=1.02,minNeighbors=3,minSize=(150,150),flags=cv2.CASCADE_SCALE_IMAGE)調(diào)用自定義的函數(shù)defisFindFace(faces)returnlen(faces)若最終返回結(jié)果為1則檢測到了狗臉或貓臉，若返回結(jié)果為0則未檢測到，因為樣本少，為提高檢測準確度，之后再將數(shù)據(jù)編碼傳輸至服務器使用百度識圖AI接口再次進行檢測。4.7本章小結(jié)本章主要對軟件設計部分的總體流程進行了介紹，還有對相關傳感器程序編寫、UI端微信小程序、圖像識別的實現(xiàn)進行了詳細描述。第五章智能寵物小屋的測試為對此次設計的可行性進行檢測，以及對本次設計的合理性進行驗證。本章主要對系統(tǒng)UI界面、數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送、圖像的識別進行測試。5.1實驗平臺本次實驗平臺有：STM32f407VET6開發(fā)板樹莓派4B開發(fā)板IAR平臺微信開發(fā)者工具實驗的目的：驗證小程序界面是否完善，能否對硬件進行控制。驗證傳感器數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。驗證圖像識別是否成功。5.2測試5.2.1微信小程序和圖像識別測試首先進入微信開發(fā)者工具，對小程序進行打包上傳。進入微信公眾平臺，即可找到體驗版二維碼。如圖5-1，授權的用戶即可使用體驗版進行測試。圖5-1智能寵物小屋小程序體驗版二維碼在進入小程序之后，首先可以選擇將該小屋作為寵物狗還是寵物貓的小屋。如圖5-2。圖5-2選擇寵物的界面接下來，我們選擇作為寵物狗的智能小屋，選擇自動之后，我們可以看到當模擬的狗寵物靠近時會自動打開門。說明圖像識別成功。如圖5-3。當然了，選擇寵物貓也是一樣的結(jié)果。點擊喂食時金屬舵機會進行翻滾，模擬了倒出食物的操作。點擊風扇和加熱時也會打開風扇以及加熱毯。（a）選擇作為寵物狗的智能小屋（b）當寵物狗靠近時門會自動打開圖5-3小程序和圖像識別5.2.2傳感器數(shù)據(jù)的傳輸與發(fā)送測試樹莓派Python程序運行后會出現(xiàn)如圖5-4的界面，表明數(shù)據(jù)傳輸正常。圖5-4樹莓派運行正常傳輸數(shù)據(jù)而在小程序端也能看到采集的數(shù)據(jù)信息。對比結(jié)果后一切數(shù)據(jù)正常。5.3本章小結(jié)本章主要對系統(tǒng)UI界面（微信小程序）、數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送、圖像的識別進行了測試，從測試結(jié)果可以看出，此次設計主要目標基本完成，但是還是存在，如無法同時對多個小屋進行控制，還有樹莓派啟動Python程序時需要手動啟動，且在運行過程中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸中斷，程序中止的問題。第六章總結(jié)與展望6.1總結(jié)隨著當代社會生活節(jié)奏越來越快，大量的年輕人或多或少都對社交有了一定抗拒性，為了解決寂寞感還有孤獨感，大量的人選擇進行寵物的飼養(yǎng)，而寵物飼養(yǎng)者也越來越趨于年輕化，他們對科技產(chǎn)品有著更大的興趣，而與寵物相結(jié)合的產(chǎn)品也能更大程度的吸引他們?；诖?，本文設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)和OpenCV的智能寵物小屋。并通過編程實現(xiàn)了其功能。主要成果有以下幾點：對物聯(lián)網(wǎng)技術中廣泛應用的STM32進行再次學習，以及對樹莓派的學習，將他們作為控制核心，結(jié)合BME280和ov5647傳感器，采集和處理本次設計所需要的數(shù)據(jù)。經(jīng)過對微信小程序的學習和總結(jié)，對本次設計的移動UI端進行了構(gòu)思和實現(xiàn)，并通過微信小程序能方便快捷的進行硬件的控制。滿足人們對產(chǎn)品便捷和簡約的追求。經(jīng)過對OpenCV的初步學習，進行了級聯(lián)分類器的實際訓練，對本次圖像檢測的部分進行了編碼實現(xiàn)，但是由于其精確度不足的原因，再加上了百度AI接口對圖片進行二次識別。提高了識別的準確度。使得本次設計產(chǎn)品有了更良好的使用體驗。使用Java程序作為服務器端處理的程序，將樹莓派傳輸?shù)膫鞲衅鲾?shù)據(jù)發(fā)送給小程序，并將樹莓派傳輸?shù)膱D進行解碼，與百度AI接口對接實現(xiàn)二次圖片識別。并將結(jié)果返回給硬件。6.2工作展望在本次設計中以然存在著眾多不足，和改進的地方。主要有以下幾點：小程序無法同時對多個智能寵物小屋進行控制。樹莓派中程序的運行需要手動啟動，每次開機都要重新啟動一次。無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定，有時候會發(fā)生傳輸中斷。因為圖像檢測訓練的分類器只能檢測單個物體，所以切換寵物小屋的寵物居住類型時，即選擇作為寵物狗還是寵物貓的小屋時，需要在樹莓派中啟動不同的python程序。通過本次設計也使我對所學的知識進行了再次的回顧和實踐，也學習到了沒接觸過的新的技術，對本次設計中存在的不足，會認真思考并在后續(xù)中一一解決。參考文獻楊樂樂.家貓相關知識三則[J].當代畜禽養(yǎng)殖業(yè),2006(06):57-58.姚池.寵物狗的生活習性與飼養(yǎng)要點[J].養(yǎng)殖與飼料,2016(12):28-31.NamKyungLee.WoObasedPet-CareServiceinSmartHome[J].IEEEICTC.2014:1003-1004.孫博,于洋.遠程實時智能喂養(yǎng)寵物系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程,2016(09):75-76.邵彥達,沈睿,眭耀宇.基于AT89C51單片機的智能寵物家居[J].科技創(chuàng)新導報,2017,14(14):1-2.劉惠惠.基于共生理論的智能寵物喂食器設計研究[D].西安工程大學,2018.王丹雪.寵物短期寄養(yǎng)在線服務平臺創(chuàng)業(yè)計劃書[D].廈門大學,2014.楊瑩.寵物托管數(shù)字化服務平臺設計[D].中南大學,2014.王洋,鄭佳春.基于OpenCV人臉檢測技術的研究及實現(xiàn)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術,2018,8(03):81-83.肖迪.基于AI視角的媒介智能化發(fā)展研究[D].武漢大學,2018.汪濤.基于圖像處理的遠程抄表系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].天津理工大學,2019.楊登科.基于OpenCV的智能監(jiān)控預警系統(tǒng)的研究與設計[D].河北大學,2019.陳志勝.智能化中壓開關設備的應用及發(fā)展前景[J].中國高新技術企業(yè),2014(05):31-32.許海,徐瑾,徐帥.基于linux系統(tǒng)的樹莓派一系列開發(fā)[J].電腦知識與技術,2018,14(08):236-238.楊婧.SSH協(xié)議的研究與應用[J].計算機與數(shù)字工程,2011,39(08):112-114.致謝時間過的飛快，轉(zhuǎn)眼間，又來到了畢業(yè)的時節(jié)。從本次畢業(yè)設計開始到如今，任小康老師對從論文選題到后續(xù)工作的開展都提出了建設性的意見和建議，對本次設計提供了巨大的幫助，當然也要感謝同窗好友與我對技術細節(jié)的討論。讓我能夠快速走出疑惑。最后向所有給我提供幫助的老師和同學致以最真誠的敬意。

HYPERLINK電腦快捷知識大全編輯本段一、常見用法F1顯示當前程序或者windows的幫助內(nèi)容。F2當你選中一個文件的話，這意味著“重命名”F3當你在桌面上的時候是打開“查找：所有文件”對話框F10或ALT激活當前程序的菜單欄windows鍵或CTRL+ESC打開開始菜單CTRL+ALT+DELETE在win9x中打開關閉程序?qū)υ捒駾ELETE刪除被選擇的選擇項目，如果是文件，將被放入回收站SHIFT+DELETE刪除被選擇的選擇項目，如果是文件，將被直接刪除而不是放入回收站CTRL+N新建一個新的文件CTRL+O打開“打開文件”對話框CTRL+P打開“打印”對話框CTRL+S保存當前操作的文件CTRL+X剪切被選擇的項目到剪貼板CTRL+INSERT或CTRL+C復制被選擇的項目到剪貼板SHIFT+INSERT或CTRL+V粘貼剪貼板中的內(nèi)容到當前位置ALT+BACKSPACE或CTRL+Z撤銷上一步的操作ALT+SHIFT+BACKSPACE重做上一步被撤銷的操作Windows鍵+L鎖屏鍵Windows鍵+M最小化所有被打開的窗口。Windows鍵+SHIFT+M重新將恢復上一項操作前窗口的大小和位置Windows鍵+E打開資源管理器Windows鍵+F打開“查找：所有文件”對話框Windows鍵+R打開“運行”對話框Windows鍵+BREAK打開“系統(tǒng)屬性”對話框Windows鍵+CTRL+F打開“查找：計算機”對話框SHIFT+F10或鼠標右擊打開當前活動項目的快捷菜單SHIFT在放入CD的時候按下不放，可以跳過自動播放CD。在打開word的時候按下不放，可以跳過自啟動的宏ALT+F4關閉當前應用程序ALT+SPACEBAR打開程序最左上角的菜單ALT+TAB切換當前程序ALT+ESC切換當前程序ALT+ENTER將windows下運行的MSDOS窗口在窗口和全屏幕狀態(tài)間切換PRINTSCREEN將當前屏幕以圖象方式拷貝到剪貼板ALT+PRINTSCREEN將當前活動程序窗口以圖象方式拷貝到剪貼板CTRL+F4關閉當前應用程序中的當前文本（如word中）CTRL+F6切換到當前應用程序中的下一個文本（加shift可以跳到前一個窗口）在IE中：ALT+RIGHTARROW顯示前一頁（前進鍵）ALT+LEFTARROW顯示后一頁（后退鍵）CTRL+TAB在頁面上的各框架中切換（加shift反向）F5刷新CTRL+F5強行刷新目的快捷鍵激活程序中的菜單欄F10執(zhí)行菜單上相應的命令ALT+菜單上帶下劃線的字母關閉多文檔界面程序中的當前窗口CTRL+F4關閉當前窗口或退出程序ALT+F4復制CTRL+C剪切CTRL+X刪除DELETE顯示所選對話框項目的幫助F1顯示當前窗口的系統(tǒng)菜單ALT+空格鍵顯示所選項目的快捷菜單SHIFT+F10顯示“開始”菜單CTRL+ESC顯示多文檔界面程序的系統(tǒng)菜單ALT+連字號(-)粘貼CTRL+V切換到上次使用的窗口或者按住ALT然后重復按TAB，切換到另一個窗口ALT+TAB撤消CTRL+Z編輯本段二、使用“Windows資源管理器”的快捷鍵目的快捷鍵如果當前選擇展開了,要折疊或者選擇父文件夾左箭頭折疊所選的文件夾NUMLOCK+負號(-)如果當前選擇折疊了，要展開或者選擇第一個子文件夾右箭頭展開當前選擇下的所有文件夾NUMLOCK+*展開所選的文件夾NUMLOCK+加號(+)在左右窗格間切換F6編輯本段三、使用WINDOWS鍵可以使用Microsoft自然鍵盤或含有Windows徽標鍵的其他任何兼容鍵盤的以下快捷鍵。目的快捷鍵在任務欄上的按鈕間循環(huán)WINDOWS+TAB顯示“查找：所有文件”WINDOWS+F顯示“查找：計算機”CTRL+WINDOWS+F顯示“幫助”WINDOWS+F1顯示“運行”命令WINDOWS+R顯示“開始”菜單WINDOWS顯示“系統(tǒng)屬性”對話框WINDOWS+BREAK顯示“Windows資源管理器”WINDOWS+E最小化或還原所有窗口WINDOWS+D撤消最小化所有窗口SHIFT+WINDOWS+M編輯本段四、“我的電腦”和“資源管理器”的快捷鍵目的快捷鍵關閉所選文件夾及其所有父文件夾按住SHIFT鍵再單擊“關閉按鈕（僅適用于“我的電腦”）向后移動到上一個視圖ALT+左箭頭向前移動到上一個視圖ALT+右箭頭查看上一級文件夾BACKSPACE編輯本段五、使用對話框中的快捷鍵目的快捷鍵取消當前任務ESC如果當前控件是個按鈕，要單擊該按鈕或者如果當前控件是個復選框，要選擇或清除該復選框或者如果當前控件是個選項按鈕，要單擊該選項空格鍵單擊相應的命令ALT+帶下劃線的字母單擊所選按鈕ENTER在選項上向后移動SHIFT+TAB在選項卡上向后移動CTRL+SHIFT+TAB在選項上向前移動TAB在選項卡上向前移動CTRL+TAB如果在“另存為”或“打開”對話框中選擇了某文件夾，要打開上一級文件夾BACKSPACE在“另存為”或“打開”對話框中打開“保存到”或“查閱”F4刷新“另存為”或“打開”對話框F5編輯本段六、桌面、我的電腦和“資源管理器”快捷鍵選擇項目時，可以使用以下快捷鍵。目的快捷鍵插入光盤時不用“自動播放”功能按住SHIFT插入CD-ROM復制文件按住CTRL拖動文件創(chuàng)建快捷方式按住CTRL+SHIFT拖動文件立即刪除某項目而不將其放入SHIFT+DELETE“回收站”顯示“查找：所有文件”F3顯示項目的快捷菜單APPLICATION鍵刷新窗口的內(nèi)容F5重命名項目F2選擇所有項目CTRL+A查看項目的屬性ALT+ENTER或ALT+雙擊可將APPLICATION鍵用于Microsoft自然鍵盤或含有APPLICATION鍵的其他兼容鍵編輯本段七、Microsoft放大程序的快捷鍵這里運用Windows徽標鍵和其他鍵的組合?？旖萱I目的Windows徽標+PRINTSCREEN將屏幕復制到剪貼板（包括鼠標光標）Windows徽標+SCROLLLOCK將屏幕復制到剪貼板（不包括鼠標光標）Windows徽標+PAGEUP切換反色。Windows徽標+PAGEDOWN切換跟隨鼠標光標Windows徽標+向上箭頭增加放大率Windows徽標+向下箭頭減小放大率編輯本段八、使用輔助選項快捷鍵目的快捷鍵切換篩選鍵開關右SHIFT八秒切換高對比度開關左ALT+左SHIFT+PRINTSCREEN切換鼠標鍵開關左ALT+左SHIFT+NUMLOCK切換粘滯鍵開關SHIFT鍵五次切換切換鍵開關NUMLOCK五秒QQ快捷鍵，玩QQ更方便Alt+S快速回復Alt+C關閉當前窗口Alt+H打開聊天記錄Alt+T更改消息模式Ait+J打開聊天紀錄Ctrl+A全選當前對話框里的內(nèi)容Ctrl+FQQ里直接顯示字體設置工具條Ctrl+J輸入框里回車(跟回車一個效果)Ctrl+M輸入框里回車(跟回車一個效果)Ctrl+L對輸入框里當前行的文字左對齊Ctrl+R對輸入框里當前行的文字右對齊Ctrl+E對輸入框里當前行的文字居中Ctrl+V在qq對話框里實行粘貼Ctrl+Z清空/恢復輸入框里的文字Ctrl+回車快速回復這個可能是聊QQ時最常用到的了Ctrl+Alt+Z快速提取消息Ctrl+Alt+A捕捉屏幕最常用的快捷鍵F5刷新DELETE刪除TAB改變焦點CTRL+C復制CTRL+X剪切CTRL+V粘貼CTRL+A全選CTRL+Z撤銷CTRL+S保存ALT+F4關閉CTRL+Y恢復ALT+TAB切換CTRL+F5強制刷新CTRL+W關閉CTRL+F查找SHIFT+DELETE永久刪除CTRL+ALT+DEL任務管理SHIFT+TAB-反向切換CTRL+空格--中英文輸入切換CTRL+Shift輸入法切換CTRL+ESC--開始菜單CTRL+ALT+ZQQ快速提取消息CTRL+ALT+AQQ截圖工具CTRL+ENTERQQ發(fā)消息Alt+1保存當前表單Alt+2保存為通用表單Alt+A展開收藏夾列表資源管理器END顯示當前窗口的底端HOME顯示當前窗口的頂端NUMLOCK+數(shù)字鍵盤的減號(-)折疊所選的文件夾NUMLOCK+數(shù)字鍵盤的加號(+)顯示所選文件夾的內(nèi)容NUMLOCK+數(shù)字鍵盤的星號(*)顯示所選文件夾的所有子文件夾向左鍵當前所選項處于展開狀態(tài)時折疊該項，或選定其父文件夾向右鍵當前所選項處于折疊狀態(tài)時展開該項，或選定第一個子文件夾自然鍵盤【窗口】顯示或隱藏“開始”菜單【窗口】+F1幫助【窗口】+D顯示桌面【窗口】+R打開“運行”【窗口】+E打開“我的電腦”【窗口】+F搜索文件或文件夾【窗口】+U打開“工具管理器”【窗口】+BREAK顯示“系統(tǒng)屬性”【窗口】+TAB在打開的項目之間切換輔助功能按右邊的SHIFT鍵八秒鐘切換篩選鍵的開和關按SHIFT五次切換粘滯鍵的開和關按NUMLOCK五秒鐘切換切換鍵的開和關左邊的ALT+左邊的SHIFT+NUMLOCK切換鼠標鍵的開和關左邊的ALT+左邊的SHIFT+PRINTSCREEN切換高對比度的開和關運行按“開始”－“運行”，或按WIN鍵+R，在『運行』窗口中輸入：（按英文字符順序排列）%temp%打開臨時文件夾.C:\DocumentsandSettings\用戶名所在文件夾..C:\DocumentsandSettings...我的電腦\C盤appwize.cpl添加、刪除程序access.cpl輔助功能選項Accwiz輔助功能向?qū)mdCMD命令提示