基于OpenMV,的遠程看房系統

潘航，劉妮，吳峰，孫浩楠，劉亮，李靜，付騰飛

（濱州學(xué)院航空工程學(xué)院，山東濱州，256600）

隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”足不出戶(hù)完成服務(wù)變得更加流行起來(lái)，生活節奏越來(lái)越快，空間對人們的限制越來(lái)越小，時(shí)間也越來(lái)越寶貴，不乏因工作等各種原因需要跨市甚至跨省買(mǎi)房的情況，親臨現場(chǎng)的消耗已遠遠超出預期。為此我們提出了實(shí)景看房的項目，不論是對于房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)還是買(mǎi)房者都能提供巨大的便利，大大節省了房地產(chǎn)業(yè)的成本，使買(mǎi)房和賣(mài)房變得更加快捷方便，房屋概況更加透明，開(kāi)啟智慧購房的新時(shí)代。

相對于傳統的三維建模技術(shù)，通過(guò)3D 建模及軟件展示制作的房屋只能少部分樣板間上使用，無(wú)法規?；?。然而“遠程看房系統”利用自身的技術(shù)優(yōu)勢，從房屋的情況入手，利用OpenMV 與4G/5G 實(shí)時(shí)傳輸打破信息更新時(shí)效的壁壘?！斑h程看房系統”的出現會(huì )給房屋租賃中介行業(yè)發(fā)展帶來(lái)全新的機遇，也為規范房屋中介市場(chǎng)和推進(jìn)我國租購并舉的供給側改革起到積極作用。

基于以上情況，本文提出了利用基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程看房系統。該系統由控制模塊和識別模塊構成。其中控制模塊是由四驅小車(chē)為主體，為了系統在被控制時(shí)的穩定性，利用MPU6050 傳感器檢測兩輪自平衡車(chē)的傾角和速度，經(jīng)過(guò)STM32 控制器處理后控制電機調整車(chē)身狀態(tài)保持平衡[1]，同時(shí)通過(guò)PID 算法得到相應的PWM 波，并運用負反饋來(lái)驅動(dòng)電機轉動(dòng)，從而實(shí)現小車(chē)平衡。識別模塊是由OpenMV 進(jìn)行控制，通過(guò)卡爾曼濾波去噪預處理防止鏡頭畸變[2]，利用OpenMV 的測距和識別對房間內物體及房間的尺度進(jìn)行測量，并通過(guò)APP 將信息傳輸給用戶(hù)。當一定時(shí)間內沒(méi)有新的指令發(fā)送給控制模塊，那么該系統循跡到達初始地。

本設計可以幫助傳統房企實(shí)現線(xiàn)上+線(xiàn)下的行業(yè)轉型提供一定思路，并打通互聯(lián)網(wǎng)端的營(yíng)銷(xiāo)渠道，提供了巨大便利和優(yōu)勢。

■1.1 OpenMV 測距采集模塊

由OpenMV 系統作為實(shí)景看房的主要媒介，OpenMV用于識別目標物體，并測量與目標物體的距離；
二維舵機云臺用來(lái)增加系統的自由度[3]。對房屋內物體的尺寸大小進(jìn)行測量，并將數據傳輸回終端。OpenMV 測距原理如圖1 所示。

圖1 OpenMV 測距原理圖

該原理圖的數據分析如下所示：

本研究通過(guò)對OpenMV 攝像頭采集到的數據集進(jìn)行在線(xiàn)訓練，從而實(shí)現對實(shí)景圖像的識別。當系統處在長(cháng)時(shí)間無(wú)人控制階段就可以通過(guò)OpenMV 攝像頭識別顏色循跡回到初始位置。

■1.2 STM32F103ZET6 單片機

選用STM32F103ZET6 作為本系統的微控制器如圖2所示。系統成熟度較高，成本低，易操作，故障率低，低功耗，體積小，其具有72MHz CPU 的速度、引腳多和高達1MВ 的閃存，通過(guò)編程燒錄給STM32 來(lái)對系統進(jìn)行控制，并通過(guò)STM32 與OpenMV 的通信采集圖像信息。STM32作為主控芯片，負責控制各個(gè)模塊的協(xié)同工作。具體來(lái)說(shuō)，STM32 可以通過(guò)串口或者其他通信方式與OpenMV、WiFi模塊等進(jìn)行通信，獲取它們采集到的數據，并根據這些數據來(lái)控制舵機的運動(dòng)，從而實(shí)現對房屋內尺寸的檢測。

圖2 微控制器

■1.3 舵機

本模塊設置有4 個(gè)舵機，舵機型號為L(cháng)D-60MG，其具有大扭力，虛位小，精度高，散熱能力強等特點(diǎn)，舵機設為編號1、2、3、4。分別組裝在系統不同的位置，執行不同的功能。舵機編號1、2 分別控制小車(chē)的前輪和后輪，使小車(chē)具有左、右轉向和前進(jìn)、退后功能；
舵機編號3、4 分別控制OpenMV 云臺，使該系統可以調節OpenMV 角度使其更好地采集信息。

■1.4 遙控器

本模塊采用的遙控器選用矩陣按鍵，采用STM32 上的矩陣按鍵，可用相對較少的IO 實(shí)現多個(gè)按鍵的檢測，并且其反應快速。首先，確定矩陣按鍵的行列排布方式為2 行5列的矩陣，接下來(lái)，需要將每個(gè)按鍵與對應的GPIO 引腳連接起來(lái)，并設置引腳的輸入/輸出模式。然后，需要編寫(xiě)掃描函數，對矩陣按鍵進(jìn)行掃描，檢測按鍵是否被按下，最后，在主函數中調用掃描函數，根據返回的按鍵編號執行對應的功能，通過(guò)以上步驟可以確保每個(gè)按鍵只有一種功能，遙控器控制小車(chē)前進(jìn)、后退、左轉、右轉；
OpenMV 云臺左轉、右轉、上調、下調；
測距鍵；
計算面積鍵。

■1.5 WiFi 網(wǎng)絡(luò )模塊

本系統搭載WiFi 網(wǎng)絡(luò )模塊如圖3 所示，ATK-ESP8266WiFi模塊是ALIENTEK 推出的一款高性能的UART-WiFi（串口－無(wú)線(xiàn)WiFi）模塊。此模塊內置TCP/IP 協(xié)議棧，通過(guò)串口（LVTTL）與MCU（或其他串口設備）通信，能夠實(shí)現LVTTL 與WiFi 之間的轉換。此外，模塊還可以兼容3.3V 和5V 單片機系統，從而實(shí)現與產(chǎn)品的方便連接。ATK-ESP8266 模塊還支持多種轉換模式，比如串口轉WiFi STA、串口轉AP 和WiFi STA+WiFi AP 的模式，從而實(shí)現數據傳輸方案的快速構建和互聯(lián)網(wǎng)傳輸數據快速使用。單片機在操作模塊時(shí)只需要通過(guò)串口收發(fā)數據就能夠實(shí)現WiFi 通信雙向數據傳輸，也就是說(shuō)單片機不需要了解WiFi的具體傳輸細節，這些由模塊完成[4]。

圖3 網(wǎng)絡(luò )模塊電路原理圖

■2.1 用戶(hù)APP 開(kāi)發(fā)

本系統通過(guò)機智云的AIoT 協(xié)同應用開(kāi)發(fā)平臺，進(jìn)行APP 和機器之間數據的傳輸，采用高性?xún)r(jià)比、低功耗的云模組，集成機智云平臺GAgent 固件，支持多種通訊協(xié)議。并可智能選擇通信方式的云網(wǎng)關(guān)，支持WiFi/Ethernet/4G全網(wǎng)通，免開(kāi)發(fā)快速接入AIoT 云平臺，低延時(shí)快速響應，高穩定可靠性。機智云AIoT 開(kāi)發(fā)平臺還含有APP 自動(dòng)代碼生成工具、APP SDK、APP 開(kāi)源框架、自動(dòng)生成微信小程序等功能，為此開(kāi)發(fā)者可以在此基礎上設計適合使用的手機APP[5]。

系統運行時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)手機APP 將信息傳輸至服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器將信息發(fā)送至看房系統，并按照用戶(hù)要求對房屋內的信息進(jìn)行采集。機智云AIoT 開(kāi)發(fā)平臺為我們提供了良好的平臺，實(shí)現了機器與用戶(hù)之間信息互換。

■2.2 系統驅動(dòng)程序

本系統的驅動(dòng)控制程序是通過(guò)STM32 進(jìn)行控制，通過(guò)控制驅動(dòng)來(lái)控制舵機，使系統能夠按照指令行動(dòng)。其中是通過(guò)PWM 來(lái)進(jìn)行舵機的轉速、正反轉，以便達到我們想要的效果。電機驅動(dòng)選用L298N，其啟動(dòng)性能好，啟動(dòng)轉速大，并可同時(shí)驅動(dòng)兩臺直流電機。采用定時(shí)器周期變化產(chǎn)生PWM 信號，首先需要使能所在總線(xiàn)時(shí)鐘，然后設置定時(shí)器時(shí)間及定時(shí)方式，打開(kāi)定時(shí)器，最后編寫(xiě)定時(shí)器中斷服務(wù)函數即可。然后需要配置串口通信和WiFi 模塊的AT 指令發(fā)送和接收，需要編寫(xiě)手機APP 的控制邏輯，并通過(guò)WiFi 模塊將指令發(fā)送到STM32 芯片。通過(guò)收到的指令控制小車(chē)前進(jìn)、后退、左右轉彎、停車(chē)等操作，實(shí)現遠程控制。同時(shí)需要對小車(chē)電量的監測、小車(chē)位置的定位等，以保證小車(chē)安全運行。

■2.3 STM32 和OpenMV 通信

為了保證數據可以傳輸給用戶(hù)，所以要實(shí)現STM32 和OpenMV 的通信。首先是硬件部分的連接。

OpenMV 部分：UART_RX-P5------UART_TX-P4；

STM32 部分：USART_TX-PA9------USART_RX-PA10；

OLED IIC 連接部分：SDA-PA2------SCL-PAL1。

然后需要在STM32 上配置串口通信，包括波特率、數據位、停止位等參數。然后在OpenMV 上也需要配置相應的串口通信參數，其中在進(jìn)行通信時(shí)需要保證STM32 和OpenMV 的串口通信參數一致。之后對STM32 和OpenMV進(jìn)行編程，再利用PC 端測試數據是否發(fā)送正常，檢測完成后便可進(jìn)行STM32 和OpenMV 的通信。接著(zhù)，可以通過(guò)STM32 向OpenMV 發(fā)送指令，OpenMV 接收到指令后進(jìn)行相應的操作，并將結果返回給STM32。

■2.4 識別模塊程序

采用OpenMV 識別模塊。OpenMV 是Python3 可編程機器視覺(jué)硬件，OpenMV 可以運行在Windows、Android和Mac OS 操作系統上，OpenMV 具有輕量化，結合視像頭可以支持廣泛的圖像處理功能。使用OpenMV IDE 編寫(xiě)圖像處理程序，并在程序中實(shí)現尺寸測量算法，然后通過(guò)I/O 將STM32 和OpenMV 進(jìn)行數據的通信。利用STM32 和OpenMV 的測距模塊，通過(guò)OpenMV 相機模塊采集圖像，并使用圖像處理算法進(jìn)行距離測量，將測得的距離數據通過(guò)串口方式發(fā)送給STM32 芯片進(jìn)行處理?？傊?，是通過(guò)測距模塊實(shí)現與物體距離的測量[6]，同時(shí)利用OpenMV 的視覺(jué)功能查看房子的實(shí)景。

■3.1 看房系統總體流程設計

車(chē)子未啟動(dòng)時(shí)，程序初始化并停在充電區（后面統稱(chēng)初始區）。當接收到遙控器的驅動(dòng)指令時(shí)，小車(chē)停止充電開(kāi)始依照指令行駛。同時(shí)，用戶(hù)通過(guò)APP 控制遙控器做出相關(guān)指令來(lái)控制舵機轉動(dòng)來(lái)調整OpenMV 的拍攝角度以及測距并計算房子的大小是否適合購房者（為方便理解后面統稱(chēng)使用者）需求。

系統執行過(guò)程的詳細情況如圖4 所示。使用者想買(mǎi)房時(shí)可通過(guò)APP 去操作該系統，小車(chē)未接收到指令時(shí)，待在初始區，當通過(guò)WiFi 接收到指令時(shí)，小車(chē)按照指令執行相關(guān)操作。遙控器可以控制小車(chē)行走和舵機轉動(dòng)。使用者觀(guān)察顯示屏并找到合適的位置并按下計算鍵后，啟動(dòng)測距和算法程序，測出小車(chē)距墻面的距離，就可獲得各個(gè)墻面的長(cháng)度。計算出房子大小通過(guò)顯示屏展示給使用者判斷是否滿(mǎn)足使用者需求。為防止使用者操作到一半突然有事耽擱，放下遙控器就走人，使小車(chē)停下后沒(méi)人理導致小車(chē)耗電完帶來(lái)不便。因此十分鐘小車(chē)未收到任何指令時(shí)將通過(guò)OpenMV 視覺(jué)巡線(xiàn)功能使小車(chē)回到初始位。

■3.2 實(shí)驗測試

每個(gè)房間的面積都可用梯形面積計算公式。S=(A+В)＊H/2。操作系統測量A（上邊長(cháng)）、В（下邊長(cháng)）、H（高）距離的方法?？刂葡到y到測量A 指點(diǎn)位置后調制攝像頭位置與墻邊平行按下測距鍵，系統開(kāi)始測量墻到小車(chē)的距離，可得出A 的值；
再控制到測量В 的指定位置，同理可測出В 的值；
再控制到測量H 的指定位置，同理可測出H 的值。利用公式可算出面積的大小。測量結果如表1 所示。

表1 OpenMV測距結果分析

實(shí)驗結果表明，該系統的性能可靠，技術(shù)指標滿(mǎn)足設計要求。

本系統由OpenMV 作識別模塊、STM32 單片機作控制模塊、WiFi模塊、遙控器，APP組成，設計了一種可連接網(wǎng)絡(luò )、遠程控制、穩定性高、識別能力強、精準循跡返回初始地的遠程看房系統。通過(guò)編寫(xiě)程序導入系統，執行功能達成遠程看房的效果。本文針對買(mǎi)房的客戶(hù)在時(shí)間、地點(diǎn)不允許的情況下能購買(mǎi)自己心儀房子的問(wèn)題。該系統能為使用者解決跨省、跨城看房買(mǎi)房的問(wèn)題，看到房子的實(shí)景，從而避免使用者買(mǎi)到不喜歡的房子所帶來(lái)的金錢(qián)、時(shí)間損失。