【人工智慧】自製萬能AI POS結帳機

Posted By 曾成訓 on 3 月 12, 2020 in Edge AI開發地圖, Maker Project, 教學文 | 0 comments

作者：曾成訓（CH.Tseng）

現實生活中除了單純以「物品數量」結帳外，還有其他情況是以「秤重」來計算價格的，也就是「重量乘上單位價格」，這類的場景像是水果攤、糖果鋪、自助餐、中藥行、菜市場等，在實際消費上比前者更為普遍。

如果有一台 POS 機，能夠識別物品並自動切換以重量或數量的方式來結帳，該有多方便啊！下方我們就來實作一台自動 POS 機，能夠辨識商品並依據商品種類來決定所採用的計價方式，像是西瓜用公斤，木瓜用台斤，雞蛋則用顆數來計算等。

所需材料只要一片普通的樹莓派，不需要任何貴鬆鬆的硬體加速器，大約三千元就能完工，對於不需要列印發票或連接後台 POS 系統的小商家、攤販可說是相當方便！

功能需求

自動辨識商品
秤重功能

各個商品可設定自己的秤重單位及單位價格（如公斤、台斤、公克）

連續物品的結帳功能（一位顧客會購買多樣商品，因此需一樣樣依次辨識秤重後再一起結帳）
不同類商品但單位重量價格若相同，可放在一起同時結帳

使用零件

樹莓派板子 x1 （約台幣 1,300~1,500）

（圖片來源：曾成訓提供）

其實使用樹莓派 3B+ 即可，辨識秤重約 3 秒可完成，但當然如果能使用 4 版當然會更好，使用者體驗會更佳！

樹莓派 7” 官方螢幕（含觸控） x1 （約台幣 2,500~3,000）

（圖片來源：曾成訓提供）

您也可以使用其它種類的螢幕（只是後面我所附的 3D 列印外殼可能就不適用了），另外程式中的互動方式我是以觸控方式來設計，因此有觸控功能會比較方便。

HX711 模組+5 kg 壓力感測器 x1 （約台幣 190~300）

（圖片來源：曾成訓提供）

這類的壓力感測器是將應變片貼附在鋼或鋁的柱狀體上，主要是透過感應這個柱狀體上微小的變化來探知物體的重量：另外，HX711 為 24 位元的 A/D 轉換器，由於其感應的數值很小，需透過 HX711 模組來放大。

Web Camera x1 （約台幣 250~850）

（圖片來源：曾成訓提供）

相機部份這邊使用的是 C310（只要是標準的 USB WebCam 都可以使用），而由於 YOLO V3-Tiny 模型的圖片尺寸需求為 416×416，因此使用一般最便宜的 VGA 解析度即可。

3D 列印外殼

外殼設計如下，分別為主體及秤重盤，可一體化樹莓派和秤重模組等零件；這邊是以白色來列印，不過由於螢幕為黑色，因此模型顏色使用黑色其實會更適合。

（圖片來源：曾成訓提供）

（圖片來源：曾成訓提供）

組裝及接線

由於零件不多，因此組裝相當容易，基本上就是把秤重模組放入圓形凹槽、樹莓派含螢幕倒扣置於方形凹槽即可。

（圖片來源：Raspberry Pi Tutorials）

HX711 模組與樹莓派的接法如下：

VCC 🡪 5V
GND 🡪 接地
DT 🡪 Pin 29（GPIO 5）
SCK 🡪 Pin 31（GPIO 6）

（圖片來源：曾成訓提供）

組裝後應該像這樣子：

（圖片來源：曾成訓提供）

程式設計

使用者動作流程：同一位顧客的多個商品，可使用結帳按鈕來累積其金額：清空按鈕則可清除目前的購物車，開始下一位客人的結帳。

（圖片來源：曾成訓提供）

秤重模組程式：HX711 在網路上有現成的 python module 可直接使用，我參考的是這個，有稍加修改後再整合到程式中；這個程式每次執行時，會先偵測目前的重量，以其作為基準（代表重量為零），所以一開始執行程式時記得不要放任何東西在秤盤上。

程式及參數檔說明

程式在這邊，如果您使用的零件皆相同，基本上只要修改設定檔 pos.ini 的內容，並改成您自己訓練好的模型即可。

各項參數說明如下：

[products]
#格式為 Label ID: [品名, 單價(每重量單位或每個), 計價單位]
#計價單位 --> twkg:台斤, kg:公斤, gram:公克, one:一個
labels_tw = {"v1":["橘子", 42, "twkg"], "v2":["雞蛋", 10, "one"], "v3":["綠辣椒", 18, "twkg"], "v4":["玉米荀", 0.25, "gram"],\
    "v5":["小蕃茄", 12, "twkg"], "v6":["棗子", 30, "one"], "v7":["哈密瓜", 65, "kg"], "v8":["蘋果", 25, "one"], \
    "v20": ["紅蘿蔔", 8, "twkg"], "v22":["牛奶芭樂", 20, "one"], "v23":["帶殼玉米荀", 0.15, "gram"] }

[camera]
cam_id = 0
#(H, V) 是否水平或垂直翻轉畫面
flipFrame = (False,False)  
#是否將過程錄製成影片
record_video = True  
#影片檔名
video_out = output.avi   
#每秒幀數
frame_rate = 2   
[desktop]
#背景圖片的路徑檔名
bg = images/bg.jpg  
#(y,x) 購物車的顯示尺寸
cart_list_size = (350,250)  
#僅僅顯示用, 偵測種類
detection_txt = 蔬菜

[operation]
#TW, EN
lang = tw
#seconds 商品結帳的結果, 要顯示幾秒
wait_for_next = 3

[yoloModel]
# yolov3-tiny, yolov3 可選擇YOLO-Tiny或YOLOV3版本
modeltype = yolov3-tiny
objnames = model/obj.names
weights = model/yolov3-tiny_81000.weights
cfg = model/yolov3-tiny.cfg

[system]
#是否切換到全螢幕來執行
full_screen = True
name_win = AI_POS