基于STM32G4的物联网美妆收纳盒的设计

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　　摘 要：随着国内外美妆市场逐步壮大，人们对“美”需求的提升，家中美妆产品数量显著提高，引发了科学化收纳管理问题的激化，美妆行业正在发生一场美妆智能革命。智能美妆产品不断涌入市场，冲击并改变了传统的美妆模式。该文利用物联网、云計算、AI和嵌入式等相关技术，设计一款智能化的美妆收纳盒，解决了消费者收纳、智能存取、携带和管理等诸多难题，并具备智能控制、社交和金融等功能，迎合了当今消费者对化妆品市场的需求。
　　关键词：物联网技术;云计算;AI人工智能;大数据分析;STM32G4;收纳盒
　　中图分类号：TP211 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）03-00-03
　　0 引 言
　　随着社会的进步和技术的发展，人民生活水平和人均收入持续提高。越来越多的人转向美妆市场，化妆品市场的规模随之不断扩大。近年来，国际化妆品巨头加快了在中国市场的扩张，同时随着物联网技术、人工智能技术的快速发展，产业融合趋势初现规模，一场美妆智能的革命在化妆品收纳行业正在展开[1]。
　　1 物联网美妆收纳盒
　　针对用户美妆产品收纳管理、美妆知识缺乏等情况，设计了一款基于STM32G4的物联网美妆收纳盒。以物联网技术为核心，结合人工智能、云计算、大数据以及自动化机械等技术，建立专有的化妆、护肤产品信息服务化大数据平台，存储各大厂商的产品信息[2]。根据天气、环境、妆容用途等外界因素进行数据量化分析，与APP相互结合，扩充人机互动功能，满足用户生活或工作的需求，解决用户在使用化妆品时，化妆台杂乱无章、化妆品不易拿取、遗忘化妆品等问题。专属的APP具有容易操作、快速使用化妆品、语音对话、网上购物、季节温度适用产品分析的功能，令用户成为美妆潮流的“先行者”[3]。
　　如图1所示为设备工作流程。用户可通过手机或电脑进行操作，利用WiFi通过路由器连接设备服务器，对云端数据进行访问，将获得结果再形成数据回流，反馈用户。
　　2 硬件设计
　　基于STM32G4的物联网美妆收纳盒的硬件结构主要分为传感器系统、控制系统、电源系统以及主控芯片，如图2所示。该设备的工作原理为：
　　（1）传感器系统：采集用户使用数据;
　　（2）控制系统：用户的日常操作;
　　（3）主控芯片STM32G4接收用户操作指令或产生自处理指令，调用用户化妆品云端数据，结合天气、环境等因素大数据分析生成数据宏图。
　　设备将用户的操作与环境信息发送给STM32G4，利用云平台数据系统对数据进行存储、处理以及指令发送，从而实现科学数据化的操作指导与决策。在人机交互的基础上，用户在任何时间、任何地点通过手机和计算机进行实时查询和控制。
　　2.1 无线通信与图像处理的解决方案
　　（1）无线通信。高性能专业数据传输站模块采用DSP和无线电技术来实现。将AI模块、集成传感模块、图像处理搭建成传感器网络实现了数据的采集、处理和传输三种功能，从而大大提升可用性、鲁棒性以及数据的新鲜性。
　　（2）图像处理。主要对内嵌的相机拍照后的图像进行辨别处理以及定位处理，通过无线传感网络，将信号传给单片机，判断化妆产品信息进行数据录入以及产品入库的机械操作[4]。
　　2.2 控制系统
　　基于STM32G4的物联网美妆收纳盒的控制结构如图3所示。控制系统包括视觉识别分类、机械控制、AI自学习的功能。STM32G4接收移动端传输的指令信号，控制系统利用控制节点、AI模块以及集成传感器，从而实现数据的收集分析、预测操作以及用户偏好学习。
　　2.3 主控模块
　　STM32G4基于Arm? Cortex?-M4内核，支持FPU和DSP指令集，主频高达170 MHz，相较于STM32F3和STM32F1的72 MHz主频，提高了许多。允许外围设备之间的自主通信进一步解放了CPU资源，使设备能够实现卓越的性能。AES-256加密系统和硬件随机数生成器的集成提高了用户程序的保密性和通信的安全性。
　　利用Cordic算法和过滤功能等多种技术提高能源性能和效率。数学加速器是专门为加速计算而设计的，它比一般的主处理器更快、更有效。此外，这种负载减少方法允许内核释放更多的资源来接收更多的检测数据并控制其他用户功能。
　　2.4 用户控制模块
　　用户主要通过移动端，从服务器或云计算平台获取资料以及操作数据，实现对设备的智能控制，具体使用了MQTT 协议、TC/IP 协议以及Socket 通信。
　　3 软件设计
　　基于STM32G4的物联网美妆收纳盒的软件架构如
　　图4所示。传感器系统将采集的数据通过WiFi传输，使得STM32G4收到数据并根据相应的功能实现操作。
　　系统根据传感器系统采集的数据，利用STM32G4发出指令，实现云计算平台、大数据分析平台、AI数据、图像处理模块的相应操作，具体操作功能数据如图5所示。
　　3.1 移动端模块设计
　　图6为该设备的APP端软件流程。其中的传感器AD采样包括：温度AD值、湿度AD值、操作AD值、语音AD值。发出指令后，系统开始初始化，获取当前集成传感器AD值。当系统接收到AD值时，与云端标准数据中的值进行对比，结合云计算和大数据平台数据快速反应，若在预定区间值内，调用数据方案，返回数据;若不在区间值内，云计算、大数据开始数据演算，生成解决方案，再返回。
　　3.2 机械视觉识别模块设计
　　近几年来，机械识别技术已经在现实生活中得到了快速发展。这些系统由机械控制组件、图像处理和执行模块组成。化妆品被放置在由伺服电机控制的传输系统上，伺服电机的运动由PLC通过发送脉冲信号来控制[5]，脉冲信号将编码器的输出信号传递给PLC，从而确定化妆品的准确位置。摄像机和光源系统安装在发射机（CCD摄像机）上，实现实时图像采集;CCD摄像机实时采集被测化妆品的原始图像，实时提取完真品影像，然后通过图像扫描发到云台进行照片信息对比[6]。美妆品在检测和分拣时，选择要检测或识别的链路的直线或圆弧参数作为检测或识别特征，主要流程如图7所示。 　　3.3 数据量化分析模块
　　大数据和云计算技术不仅相互独立，还具有相互依存的关系。大数据主要注重海量信息的存储方式和分析、处理。由于该设备中所产生的信息量较大且种类复杂，而且在分类和层次方面都存有不同特点，不仅有教学、适用推荐等常规管理性结构化数据，还包含化妆品类别、成分、肤质等多个方面的非结构化数据。提取大数据特征并进行分类处理，在人工分类数据的基础上获取数据样本，然后对样本进行聚类，目的在于消除多余数据间可能性矛盾的存在，选取特征性数据，最后进行改进评估，完善系统性能[7]。
　　主要的整合应用如下：
　　（1）系统及平台的构建，在该设备的应用系统和平台构建中，可以通过大数据及云计算技术方式实现整合应用[8]，实现丰富现有美妆、护肤技巧和教学的主要目的;
　　（2）构建智能使用环境，通过语音对话、肤质录入，结合化妆品成分分析;
　　（3）构建美妆多媒体数据平台，通过人脸录入建模以及化妆产品调用，形成虚拟与现实相结合的化妆环境。
　　4 结 语
　　本文通过对基于STM32G4的物联网美妆收纳盒的原
　　则[9]、方法、技术等方面的总结与归纳，以及对其设计方法的分析、研究，希望能够为化妆品收纳设备的设计提供较为系统的理论依据以及可靠的技术参考。本文采用物联网技术、人工智能、云计算、大数据等技术，能有效解决化妆品在日常生活、工作中所造成的问题。同时，以数据量化的方式提升人们化妆品管理与使用水平[10]。从而最大限度地满足用户的真实需求，在一定程度上引起广大用户对智能收纳的重视，使得物联网美妆收纳盒更好地服务于社会大众，让其成为解决智能美妆收纳的最后一步。
　　参 考 文 献
　　[1]陆正飞，张轩旗. 中国化妆品市场发展前景分析[J]. 商业时代，2013（30）：42-43.
　　[2]景卓，陈超波，曹凯，等. 基于机器视觉的物体识别分拣装置研究[J]. 计算机与数字工程，2019，47（3）：657-661.
　　[3]王雨欣，刘红，要军豪，等. 基于STM32F103ZET6控制的“智慧城市”垃圾箱设计[J]. 电子世界，2019（2）：136-137.
　　[4]朱文杰. 基于机器视觉的物体识别与抓取控制系统[J]. 物联网技术，2019，9（3）：37-41.
　　[5]姜文静，张静雯，刘洪海. 大学宿舍化妆品收纳盒拆装结构设计研究[J]. 大众文艺，2019（6）：81-82.
　　[6]孙怡帆，吴梦云，史兴杰. 高维大数据基因网络中的社区发现：以NC方法为例[J]. 统计研究，2019，36（3）：124-128.
　　[7]郝达睿. 计算机人工智能技术的应用与发展[C]// 天津市电子工业协会2018年年會论文集.天津：天津市电子工业协会，2018.
　　[8]李桂珍. 计算机网络发展中的人工智能技术运用[J]. 微型电脑应用，2018，34（5）：73-75.
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