◎廣東省江門市紫茶小學(xué) 吳奕臻

廣東省江門市范羅岡小學(xué) 麥智欽

新會(huì)陳皮是廣東江門的特產(chǎn)，是國(guó)家地理標(biāo)志產(chǎn)品，具有較高的藥用價(jià)值。“一兩陳皮一兩金，百年陳皮勝黃金?！标惼さ哪攴菰骄?，藥用價(jià)值越高。但是，經(jīng)過(guò)我們的了解，陳皮的年份識(shí)別和存儲(chǔ)都存在難題。

圖1 新會(huì)陳皮年份圖譜

吳奕臻

媽媽每年都會(huì)自己制作陳皮，但是她常常忘記不同罐子里的陳皮的年份。不同年份的陳皮外觀相似，沒(méi)有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，很難識(shí)別陳皮的年份。

麥智欽

陳皮有較強(qiáng)的吸水性，南方雨水較多，若沒(méi)有及時(shí)翻曬，陳皮很容易受潮發(fā)霉，失去價(jià)值。

吳奕臻

若是有一個(gè)機(jī)器人能幫助我們翻曬陳皮、識(shí)別陳皮的質(zhì)量，那么媽媽就會(huì)輕松一些，陳皮也不會(huì)因?yàn)榘l(fā)霉導(dǎo)致浪費(fèi)了。

麥智欽

生活中有人臉識(shí)別技術(shù)，能不能利用視覺(jué)識(shí)別技術(shù)識(shí)別陳皮的質(zhì)量和年份呢？

我倆進(jìn)行思維碰撞后，決定利用視覺(jué)識(shí)別技術(shù)和靈敏的傳感器，制作一個(gè)智能識(shí)別陳皮儲(chǔ)存柜。該儲(chǔ)存柜分為上下兩層，上層是自動(dòng)識(shí)別陳皮年份的視覺(jué)識(shí)別功能區(qū)，下層是自動(dòng)調(diào)控溫濕度的智能儲(chǔ)存柜。確定了作品思路后，我們就開(kāi)始動(dòng)手制作啦。

一、搭建視覺(jué)識(shí)別功能區(qū)

1.選擇陳皮

陳皮有不同的品種和分類，為提高作品的普適性，我們選擇了市面上最常見(jiàn)的新會(huì)陳皮二紅皮，對(duì)“蟲(chóng)蛀、發(fā)霉、6 年、13 年”4 種類型的陳皮進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

2.采集照片

我們從不同角度、距離，對(duì)4 種類型的陳皮拍攝了800 多張照片，建立數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.標(biāo)注數(shù)據(jù)

我們使用軟件對(duì)采集到的照片進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)注，將所有照片分為4 個(gè)標(biāo)簽：蟲(chóng)蛀、發(fā)霉、6 年、13 年。

4.訓(xùn)練模型

我們使用軟件對(duì)視覺(jué)識(shí)別模型進(jìn)行訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試和修改，模型的運(yùn)行準(zhǔn)確率達(dá)到70%。

5.搭建視覺(jué)級(jí)別功能區(qū)

用亞克力板、木板、主控板、攝像頭等材料和電子元器件搭建視覺(jué)識(shí)別功能區(qū)。

圖2 對(duì)13 年的陳皮進(jìn)行標(biāo)注

二、制作智能儲(chǔ)存柜

1.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同年份陳皮的存放要求，我們將儲(chǔ)存柜設(shè)計(jì)為兩層。上層抽屜存放較新的陳皮，并配置主控板、語(yǔ)音模塊、溫濕度傳感器、風(fēng)扇、光譜燈等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制柜內(nèi)的溫度、濕度，避免陳皮發(fā)霉。下層抽屜進(jìn)行密封設(shè)計(jì)，用于存放年份較久的陳皮。

2.繪制圖紙

確定了儲(chǔ)存柜的功能和結(jié)構(gòu)后，我們?cè)陔娔X上繪制了智能儲(chǔ)存柜的設(shè)計(jì)圖和電路圖。

圖5 智能儲(chǔ)存柜設(shè)計(jì)圖

3.制作儲(chǔ)存柜

我們根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，利用激光切割機(jī)切割木板，然后將木板與主控板、語(yǔ)音模塊、溫濕度傳感器等電子元器件組合起來(lái)。

4.編寫(xiě)程序

在電腦上編寫(xiě)程序，利用溫濕度傳感器、光譜燈、風(fēng)扇等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制柜內(nèi)的溫度、濕度。當(dāng)柜內(nèi)的濕度超過(guò)75%時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)光譜燈進(jìn)行晾曬；當(dāng)濕度低于50%時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉光譜燈。當(dāng)柜內(nèi)的溫度超過(guò)30 ℃時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)風(fēng)扇進(jìn)行散熱；當(dāng)溫度低于20 ℃時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉風(fēng)扇。

三、作品創(chuàng)新點(diǎn)及改進(jìn)方向

將視覺(jué)識(shí)別功能區(qū)和智能儲(chǔ)存柜組合在一起，我們的創(chuàng)新作品——智能識(shí)別陳皮儲(chǔ)存柜就完成了。經(jīng)過(guò)測(cè)試，我們認(rèn)為它具有以下幾個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

1.將陳皮放在視覺(jué)識(shí)別功能區(qū)的白紙上，系統(tǒng)就能自動(dòng)識(shí)別6 年、13 年的陳皮，并檢測(cè)陳皮是否發(fā)霉、蟲(chóng)蛀，減輕了人工識(shí)別陳皮的工作量。

2.系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)的溫濕度，并根據(jù)設(shè)定的條件自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇、光譜燈，避免陳皮發(fā)霉。另外，我們也可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)控制柜內(nèi)燈光、風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)，如“小陳皮你好，請(qǐng)打開(kāi)燈光”。

3.儲(chǔ)存柜上的電子屏幕能顯示當(dāng)前日期，以及柜內(nèi)的溫濕度，方便實(shí)時(shí)了解柜內(nèi)情況。

智能識(shí)別陳皮儲(chǔ)存柜滿足了我們的初步設(shè)想，但還有以下幾個(gè)方面有待完善：一是識(shí)別陳皮的種類、年份不夠多，應(yīng)用范圍不夠廣，需要繼續(xù)擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫(kù)，提高識(shí)別精準(zhǔn)度；二是陳皮的分揀、入柜依靠人工完成，效率不高，可以增加設(shè)備，實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化；三是儲(chǔ)存柜的制作材料需要進(jìn)一步優(yōu)化，選擇更適合存放陳皮的防潮材質(zhì)。

圖6 智能識(shí)別陳皮儲(chǔ)存柜