0 前言

??
這兩年開始畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)答辯的要求和難度不斷提升，傳統(tǒng)的畢設(shè)題目缺少創(chuàng)新和亮點，往往達不到畢業(yè)答辯的要求，這兩年不斷有學(xué)弟學(xué)妹告訴學(xué)長自己做的項目系統(tǒng)達不到老師的要求。

為了大家能夠順利以及最少的精力通過畢設(shè)，學(xué)長分享優(yōu)質(zhì)畢業(yè)設(shè)計項目，今天要分享的是

?? 畢業(yè)設(shè)計 stm32與深度學(xué)習(xí)口罩佩戴檢測系統(tǒng)(源碼+硬件+論文)

??學(xué)長這里給一個題目綜合評分(每項滿分5分)

• 難度系數(shù)：3分
• 工作量：3分
• 創(chuàng)新點：5分

?? 項目分享:見文末!文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-829072.html

1 主要功能

系統(tǒng)框架，下位機系統(tǒng)分為主控模塊、通信模塊、顯示模塊、報警模塊四個部分組成，其運行流程為：首先主控模塊通過通信模塊接收上位機發(fā)送的識別結(jié)果數(shù)據(jù)，讀取當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測結(jié)果通過顯示模塊實時的顯示在屏幕上，用于直觀展示，若發(fā)現(xiàn)當(dāng)前狀態(tài)為未佩戴口罩，驅(qū)動報警程序控制蜂鳴器進行報警。

2 硬件設(shè)計(原理圖)

口罩檢測門禁系統(tǒng)的主要以PC和STM32為主控核心，首先是由PC端連接WiFi熱點然后上位機的主控程序打開PC端攝像頭實行實時檢測再通過其WiFi模塊將實時檢測結(jié)果傳輸?shù)轿覀兊腟TM32模塊中進行處理，將檢測結(jié)果通過OLED進行顯示，最終通過蜂鳴器發(fā)出警報。

硬件選擇

• STM32F103RCT6開發(fā)板 * 1
• 蜂鳴器模塊 * 1
• Wifi - ESP01S * 1
• 1.44寸液晶屏(SPI接口) * 1
• 杜邦線若干

3 核心軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件流程如圖所示，上位機的狀態(tài)信息可以通過TCP通信實時傳輸給下位機控制器，進而下位機根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)進行其它顯示報警操作。

（1）上位機軟件設(shè)計：上位機軟件主要負責(zé)將口罩識別的結(jié)果通過TCP通信傳輸給下位機，本課題上位機作為TCP客戶端。首先上位機進行網(wǎng)絡(luò)通信的初始化，包括設(shè)置IP地址與端口，創(chuàng)建socket對象，建立socket連接，之后上位機按鈕通過AJAX方式向后端發(fā)起請求，后端調(diào)用TCP客戶端向ESP8266發(fā)送消息。當(dāng)成功建立局域網(wǎng)之間的通信時，上位機可顯示連接成功的狀態(tài)。
（2）下位機系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計包括系統(tǒng)的初始化程序及其各功能模塊的子程序。其中初始化程序包括LCD顯示屏配置的初始化、ESP8266通信模塊的初始化程序。

蜂鳴器檢測報警程序：若系統(tǒng)狀態(tài)檢測到未佩戴口罩，單片機進入報警程序控制相應(yīng)的引腳輸出高電平，進而控制蜂鳴器發(fā)出報警聲音
。
ESP8266模塊程序：首先進入通信初始化程序，啟動STA模式，連接WIFI，并通過AT指令將ESP8266配置為服務(wù)端，與ESP8266通過串口連接的STM32控制器進入串口中斷回調(diào)函數(shù)接收上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。

深度學(xué)習(xí)口罩佩戴檢測

數(shù)據(jù)集的準備：

數(shù)據(jù)集是從網(wǎng)絡(luò)上爬取的圖片，總的包含了8535張圖片（其中部分圖片沒有使用到），其中包含：
戴口罩的數(shù)據(jù)圖(with_mask):2978個；
未戴口罩的數(shù)據(jù)圖(without_mask):2995個；
帶了口罩但是姿勢不正確的數(shù)據(jù)圖(mask_weared_incorrect):2994個。
所有圖片均是由人臉識別模式切割出，每個圖都只包含小部分圖像，這也使得訓(xùn)練的準確性有極大的提高，有的圖片還進行了旋轉(zhuǎn)操作實現(xiàn)數(shù)據(jù)增強。下圖12是我截圖的部分數(shù)據(jù)集（包含了正確佩戴口罩、未佩戴口罩和未正確佩戴口罩三部分的數(shù)據(jù)圖片）。

數(shù)據(jù)集訓(xùn)練

在準備好數(shù)據(jù)圖集之后自然是需要進行訓(xùn)練了，對于每一張圖片畫出區(qū)域打賞本文使用了一款開源的標(biāo)注工具labeling，非常的簡便、高效的。運行指定的數(shù)據(jù)集文件夾實現(xiàn)標(biāo)注，人工標(biāo)注圖片集，將整張臉作為目標(biāo)框標(biāo)注出它的位置，如圖13，然后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)簽。

當(dāng)完成數(shù)據(jù)集標(biāo)注后，每張圖片所對應(yīng)的標(biāo)簽文件會自動保存到指定的文件夾，如圖14，其中每一行開頭的數(shù)字0和1代表著待檢測的目標(biāo)類別“with_mask”與“without_mask”，即已佩戴口罩或未佩戴。每行后續(xù)四個數(shù)字是該目標(biāo)樣本在本張圖片中的位置坐標(biāo)。

訓(xùn)練過程

按照目標(biāo)要求更改訓(xùn)練數(shù)據(jù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型路徑、訓(xùn)練輪數(shù)、batchsize的大小和GPU處理的數(shù)量以及其他的一些參數(shù)，然后模型訓(xùn)練代碼就可以正式運行了。盡管本次制作的目標(biāo)檢測的數(shù)據(jù)集是由8535張訓(xùn)練集、驗證集圖片組成，模型的損失函數(shù)值還是很快地收斂開始無限接近于0，在訓(xùn)練執(zhí)行到第35輪時模型準確率接近于90%。

展示模型在訓(xùn)練過程中的準確率（Precision）與召回率（Recall）數(shù)值的變化。

使用下圖這兩個函數(shù)繪制訓(xùn)練的loss（圖1）和accuracy（圖2）曲線，可以看到，整個訓(xùn)練過程的收斂性是非常好的，最后在驗證集的準確率也穩(wěn)定到了97%左右。

篇幅有限，不過多復(fù)述詳細設(shè)計細節(jié)，詳細的設(shè)計分享在論文中。。。

stm32采集部分代碼

void SMBus_StartBit(void)
{
    SMBUS_SDA_H();		// Set SDA line
    SMBus_Delay(5);	    // Wait a few microseconds
    SMBUS_SCK_H();		// Set SCL line
    SMBus_Delay(5);	    // Generate bus free time between Stop
    SMBUS_SDA_L();		// Clear SDA line
    SMBus_Delay(5);	    // Hold time after (Repeated) Start
    // Condition. After this period, the first clock is generated.
    //(Thd:sta=4.0us min)
    SMBUS_SCK_L();	    // Clear SCL line
    SMBus_Delay(5);	    // Wait a few microseconds
}

void SMBus_StopBit(void)
{
    SMBUS_SCK_L();		// Clear SCL line
    SMBus_Delay(5);	    // Wait a few microseconds
    SMBUS_SDA_L();		// Clear SDA line
    SMBus_Delay(5);	    // Wait a few microseconds
    SMBUS_SCK_H();		// Set SCL line
    SMBus_Delay(5);	    // Stop condition setup time(Tsu:sto=4.0us min)
    SMBUS_SDA_H();		// Set SDA line
}

u8 SMBus_SendByte(u8 Tx_buffer)
{
    u8	Bit_counter;
    u8	Ack_bit;
    u8	bit_out;

    for(Bit_counter=8; Bit_counter; Bit_counter--)
    {
        if (Tx_buffer&0x80)
        {
            bit_out=1;   // If the current bit of Tx_buffer is 1 set bit_out
        }
        else
        {
            bit_out=0;  // else clear bit_out
        }
        SMBus_SendBit(bit_out);		// Send the current bit on SDA
        Tx_buffer<<=1;				// Get next bit for checking
    }

    Ack_bit=SMBus_ReceiveBit();		// Get acknowledgment bit
    return	Ack_bit;
}

void SMBus_SendBit(u8 bit_out)
{
    if(bit_out==0)
    {
        SMBUS_SDA_L();
    }
    else
    {
        SMBUS_SDA_H();
    }
    SMBus_Delay(2);					// Tsu:dat = 250ns minimum
    SMBUS_SCK_H();					// Set SCL line
    SMBus_Delay(6);					// High Level of Clock Pulse
    SMBUS_SCK_L();					// Clear SCL line
    SMBus_Delay(3);					// Low Level of Clock Pulse
//	SMBUS_SDA_H();				    // Master release SDA line ,
    return;
}

u8 SMBus_ReceiveBit(void)
{
    u8 Ack_bit;

    SMBUS_SDA_H();          //引腳靠外部電阻上拉，當(dāng)作輸入
	SMBus_Delay(2);			// High Level of Clock Pulse
    SMBUS_SCK_H();			// Set SCL line
    SMBus_Delay(5);			// High Level of Clock Pulse
    if (SMBUS_SDA_PIN())
    {
        Ack_bit=1;
    }
    else
    {
        Ack_bit=0;
    }
    SMBUS_SCK_L();			// Clear SCL line
    SMBus_Delay(3);			// Low Level of Clock Pulse

    return	Ack_bit;
}

u8 SMBus_ReceiveByte(u8 ack_nack)
{
    u8 	RX_buffer;
    u8	Bit_Counter;

    for(Bit_Counter=8; Bit_Counter; Bit_Counter--)
    {
        if(SMBus_ReceiveBit())			// Get a bit from the SDA line
        {
            RX_buffer <<= 1;			// If the bit is HIGH save 1  in RX_buffer
            RX_buffer |=0x01;
        }
        else
        {
            RX_buffer <<= 1;			// If the bit is LOW save 0 in RX_buffer
            RX_buffer &=0xfe;
        }
    }
    SMBus_SendBit(ack_nack);			// Sends acknowledgment bit
    return RX_buffer;
}

4 實現(xiàn)效果

演示視頻

5 最后

包含內(nèi)容

包含詳細設(shè)計論文

?? 項目分享:見文末!

到了這里，關(guān)于通信工程畢設(shè) stm32與深度學(xué)習(xí)口罩佩戴檢測系統(tǒng)(源碼+硬件+論文)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！