廣東海洋大學(xué)寸金學(xué)院 姚信光 舒秀蘭 李勤渝 呂品弘 周 煊 馬昌運

在普通超市的水果售賣過程中，傳統(tǒng)電子稱不具備視覺功能，需要人工輔助進(jìn)行稱重，不僅效率低下，而且操作過程繁瑣。針對這種情況并綜合顧客體驗，本設(shè)計提出了一種由OPENMV視覺識別模塊、stm32f767主控芯片、語音模塊、RGB電容觸摸屏、稱重模塊構(gòu)成的水果稱重識別系統(tǒng)，結(jié)合圖像處理技術(shù)自動識別水果種類并稱重計算相應(yīng)價格后顯示在RGB電容觸摸屏上，再通過語音模塊播報，實現(xiàn)自動稱重、報價的功能。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng)操作方便，識別過程精準(zhǔn)，在商場的水果銷售中具有一定的市場應(yīng)用價值。

顧客在超市選購水果完畢后，需要由售貨員在傳統(tǒng)電子稱上選擇單價后稱重并粘貼條碼，操作過程繁瑣、人工成本高、效率低下。此外，還有半自助式電子稱，即由顧客自行選擇對應(yīng)單價后稱重并粘貼條碼，也存在價格選擇錯誤等問題。

隨著計算機視覺的發(fā)展，圖像識別技術(shù)的不斷成熟，本設(shè)計將視覺功能與傳統(tǒng)電子秤相結(jié)合采用OPENMV模塊實現(xiàn)自動選擇識別，通過顏色、大小、相識度進(jìn)行逐層掃描，高效的識別出對應(yīng)的水果種類，通過電子稱重裝置，讀取水果重量，根據(jù)水果單價顯示在RGB屏幕上，并通過語音識別播報識別結(jié)果和稱重價格，從而實現(xiàn)自動化

圖1 RGB人機交互系統(tǒng)框圖

水果稱重，減少排隊，大大提升了顧客滿意度。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 主控芯片

主控芯片為高性能ARM Cortex-M7系列STM32F767，具有2 MB Flash、216 MHz CPU、ART加速器、一級緩存，在系統(tǒng)接收到OpenMV識別結(jié)果信息后，通過人機交換，將識別到的信息，以UI圖像的形式傳遞到RGB電容觸摸屏，并與稱重結(jié)果和對應(yīng)的水果價格進(jìn)行語言報價。

1.2 電容觸摸屏

目前電極的形狀坐標(biāo)的定位算法有三種引用：

電容觸摸屏的結(jié)構(gòu)，設(shè)為正方形（1點為左下角，2點為左上角，3點右上角，4點右下角），其中以1、4電極的交點為坐標(biāo)原點，觸摸屏的長、寬分別為：a、b，正方形左、上、右、下表示觸摸屏4個電極輸出的電流分別為：I1、I2、I3和I4。

RGB電容觸摸屏，總線為I2C總線，通過4個接口來實現(xiàn)對應(yīng)的信息傳遞，降低接口使用，通過RGB電容屏實現(xiàn)彩色屏幕顯示，將對應(yīng)的窗口顯示到觸摸屏，客戶使用觸摸屏后，系統(tǒng)感知對應(yīng)的信息傳遞給主控芯片，將對應(yīng)的信息和窗口打印到RGB電容觸摸屏上，實現(xiàn)人機交換。如圖1所示。

1.3 語音系統(tǒng)設(shè)計

語音系統(tǒng)將采集的聲音放入模塊中進(jìn)行儲存，不需要用戶進(jìn)行錄音訓(xùn)練，只需要把識別的關(guān)鍵詞語以字符串的形式傳送進(jìn)芯片，即可以在下次識別中立即生效。通過語音識別 ASR技術(shù)，將關(guān)鍵字形成鍵詞語列表識別的技術(shù)，通過語音數(shù)據(jù)進(jìn)行語音模型分析來建模成數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練提取基元語音的細(xì)節(jié)特征，以及提取各基元間的特征差異。得到在統(tǒng)計概率最優(yōu)化意義上的各個基元語音特征。如圖2所示。

圖2 語言播報系統(tǒng)框圖

1.4 電壓稱重系統(tǒng)

通過電橋的受力，使電橋的應(yīng)變片受到壓縮或著拉伸的形變，使電橋內(nèi)的阻值發(fā)生變化，使得產(chǎn)生對應(yīng)的差動信號，再通過芯片內(nèi)部的ADC模塊計算出對應(yīng)的電壓值，從而計算出對應(yīng)的稱重物體的重量，從告知系統(tǒng)稱重水果的重量。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

通過Openmv IDE和MDK keil5分別實現(xiàn)，視覺模塊信息控制和主控芯片人際交互控制，以及語言報價。

顧客在RGB電子觸摸屏上選擇對應(yīng)的稱重模式后，系統(tǒng)感知對應(yīng)的程序，先通過IIC協(xié)議對電子稱重模塊進(jìn)行采集稱重結(jié)果，再使用USART接口協(xié)議對OPENMV進(jìn)行水果識別功能選擇，將識別結(jié)果利用USART傳回STM32主控芯片，再通過已知水果當(dāng)前價格，進(jìn)行計算本次稱重水果的總價，將水果的總價通過語音報價和RGB觸摸屏顯示出來。如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖

結(jié)語：本系統(tǒng)采用的STM32、OPENMV分別作為主控芯片和視覺模塊，利用圖像處理技術(shù)對應(yīng)水果的顏色、大小、相識度進(jìn)行逐層分類，能快速識別出水果種類、稱重并且通過語音模塊進(jìn)行報價。實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有識別響應(yīng)快，識別精度高的優(yōu)點，有效縮短顧客的購買等待時間的同時也為零售連鎖店或大型賣場節(jié)約人力成本，提高管理效率。