基于STM32G4的物聯網美妝收納盒的設計

于樹科　陳煒　梁爽　嚴晨雪

摘 要：隨著國內外美妝市場逐步壯大，人們對“美”需求的提升，家中美妝產品數量顯著提高，引發了科學化收納管理問題的激化，美妝行業正在發生一場美妝智能革命。智能美妝產品不斷涌入市場，沖擊并改變了傳統的美妝模式。該文利用物聯網、云計算、AI和嵌入式等相關技術，設計一款智能化的美妝收納盒，解決了消費者收納、智能存取、攜帶和管理等諸多難題，并具備智能控制、社交和金融等功能，迎合了當今消費者對化妝品市場的需求。

關鍵詞：物聯網技術;云計算;AI人工智能;大數據分析;STM32G4;收納盒

中圖分類號：TP211文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）03-00-03

0 引 言

隨著社會的進步和技術的發展，人民生活水平和人均收入持續提高。越來越多的人轉向美妝市場，化妝品市場的規模隨之不斷擴大。近年來，國際化妝品巨頭加快了在中國市場的擴張，同時隨著物聯網技術、人工智能技術的快速發展，產業融合趨勢初現規模，一場美妝智能的革命在化妝品收納行業正在展開[1]。

1 物聯網美妝收納盒

針對用戶美妝產品收納管理、美妝知識缺乏等情況，設計了一款基于STM32G4的物聯網美妝收納盒。以物聯網技術為核心，結合人工智能、云計算、大數據以及自動化機械等技術，建立專有的化妝、護膚產品信息服務化大數據平臺，存儲各大廠商的產品信息[2]。根據天氣、環境、妝容用途等外界因素進行數據量化分析，與APP相互結合，擴充人機互動功能，滿足用戶生活或工作的需求，解決用戶在使用化妝品時，化妝臺雜亂無章、化妝品不易拿取、遺忘化妝品等問題。專屬的APP具有容易操作、快速使用化妝品、語音對話、網上購物、季節溫度適用產品分析的功能，令用戶成為美妝潮流的“先行者”[3]。

如圖1所示為設備工作流程。用戶可通過手機或電腦進行操作，利用WiFi通過路由器連接設備服務器，對云端數據進行訪問，將獲得結果再形成數據回流，反饋用戶。

2 硬件設計

基于STM32G4的物聯網美妝收納盒的硬件結構主要分為傳感器系統、控制系統、電源系統以及主控芯片，如圖2所示。該設備的工作原理為：

（1）傳感器系統：采集用戶使用數據;

（2）控制系統：用戶的日常操作;

（3）主控芯片STM32G4接收用戶操作指令或產生自處理指令，調用用戶化妝品云端數據，結合天氣、環境等因素大數據分析生成數據宏圖。

設備將用戶的操作與環境信息發送給STM32G4，利用云平臺數據系統對數據進行存儲、處理以及指令發送，從而實現科學數據化的操作指導與決策。在人機交互的基礎上，用戶在任何時間、任何地點通過手機和計算機進行實時查詢和控制。

2.1 無線通信與圖像處理的解決方案

（1）無線通信。高性能專業數據傳輸站模塊采用DSP和無線電技術來實現。將AI模塊、集成傳感模塊、圖像處理搭建成傳感器網絡實現了數據的采集、處理和傳輸三種功能，從而大大提升可用性、魯棒性以及數據的新鮮性。

（2）圖像處理。主要對內嵌的相機拍照后的圖像進行辨別處理以及定位處理，通過無線傳感網絡，將信號傳給單片機，判斷化妝產品信息進行數據錄入以及產品入庫的機械操作[4]。

2.2 控制系統

基于STM32G4的物聯網美妝收納盒的控制結構如圖3所示?？刂葡到y包括視覺識別分類、機械控制、AI自學習的功能。STM32G4接收移動端傳輸的指令信號，控制系統利用控制節點、AI模塊以及集成傳感器，從而實現數據的收集分析、預測操作以及用戶偏好學習。

2.3 主控模塊

STM32G4基于Arm? Cortex?-M4內核，支持FPU和DSP指令集，主頻高達170 MHz，相較于STM32F3和STM32F1的72 MHz主頻，提高了許多。允許外圍設備之間的自主通信進一步解放了CPU資源，使設備能夠實現卓越的性能。AES-256加密系統和硬件隨機數生成器的集成提高了用戶程序的保密性和通信的安全性。

利用Cordic算法和過濾功能等多種技術提高能源性能和效率。數學加速器是專門為加速計算而設計的，它比一般的主處理器更快、更有效。此外，這種負載減少方法允許內核釋放更多的資源來接收更多的檢測數據并控制其他用戶功能。

2.4 用戶控制模塊

用戶主要通過移動端，從服務器或云計算平臺獲取資料以及操作數據，實現對設備的智能控制，具體使用了MQTT 協議、TC/IP 協議以及Socket 通信。

3 軟件設計

基于STM32G4的物聯網美妝收納盒的軟件架構如

圖4所示。傳感器系統將采集的數據通過WiFi傳輸，使得STM32G4收到數據并根據相應的功能實現操作。

系統根據傳感器系統采集的數據，利用STM32G4發出指令，實現云計算平臺、大數據分析平臺、AI數據、圖像處理模塊的相應操作，具體操作功能數據如圖5所示。

3.1 移動端模塊設計

圖6為該設備的APP端軟件流程。其中的傳感器AD采樣包括：溫度AD值、濕度AD值、操作AD值、語音AD值。發出指令后，系統開始初始化，獲取當前集成傳感器AD值。當系統接收到AD值時，與云端標準數據中的值進行對比，結合云計算和大數據平臺數據快速反應，若在預定區間值內，調用數據方案，返回數據;若不在區間值內，云計算、大數據開始數據演算，生成解決方案，再返回。

3.2 機械視覺識別模塊設計

近幾年來，機械識別技術已經在現實生活中得到了快速發展。這些系統由機械控制組件、圖像處理和執行模塊組成?；瘖y品被放置在由伺服電機控制的傳輸系統上，伺服電機的運動由PLC通過發送脈沖信號來控制[5]，脈沖信號將編碼器的輸出信號傳遞給PLC，從而確定化妝品的準確位置。攝像機和光源系統安裝在發射機（CCD攝像機）上，實現實時圖像采集;CCD攝像機實時采集被測化妝品的原始圖像，實時提取完真品影像，然后通過圖像掃描發到云臺進行照片信息對比[6]。美妝品在檢測和分揀時，選擇要檢測或識別的鏈路的直線或圓弧參數作為檢測或識別特征，主要流程如圖7所示。

3.3 數據量化分析模塊

大數據和云計算技術不僅相互獨立，還具有相互依存的關系。大數據主要注重海量信息的存儲方式和分析、處理。由于該設備中所產生的信息量較大且種類復雜，而且在分類和層次方面都存有不同特點，不僅有教學、適用推薦等常規管理性結構化數據，還包含化妝品類別、成分、膚質等多個方面的非結構化數據。提取大數據特征并進行分類處理，在人工分類數據的基礎上獲取數據樣本，然后對樣本進行聚類，目的在于消除多余數據間可能性矛盾的存在，選取特征性數據，最后進行改進評估，完善系統性能[7]。

主要的整合應用如下：

（1）系統及平臺的構建，在該設備的應用系統和平臺構建中，可以通過大數據及云計算技術方式實現整合應用[8]，實現豐富現有美妝、護膚技巧和教學的主要目的;

（2）構建智能使用環境，通過語音對話、膚質錄入，結合化妝品成分分析;

（3）構建美妝多媒體數據平臺，通過人臉錄入建模以及化妝產品調用，形成虛擬與現實相結合的化妝環境。

4 結 語

本文通過對基于STM32G4的物聯網美妝收納盒的原

則[9]、方法、技術等方面的總結與歸納，以及對其設計方法的分析、研究，希望能夠為化妝品收納設備的設計提供較為系統的理論依據以及可靠的技術參考。本文采用物聯網技術、人工智能、云計算、大數據等技術，能有效解決化妝品在日常生活、工作中所造成的問題。同時，以數據量化的方式提升人們化妝品管理與使用水平[10]。從而最大限度地滿足用戶的真實需求，在一定程度上引起廣大用戶對智能收納的重視，使得物聯網美妝收納盒更好地服務于社會大眾，讓其成為解決智能美妝收納的最后一步。

參 考 文 獻

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