編譯：江宗諭
根據新南威爾士州聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）預測，全球大約有 50% 的垃圾可回收利用，但實際上只有約 10% 的垃圾能成功回收，因它們沒有得到適當分類，這是我們全人類所面對的共同問題！
回收教育活動及標準化回收標籤已實施多年，但許多人仍然困惑著該如何回收，問題仍然存在。因此，我創建了一個智慧型回收箱，它可以「聽」垃圾的聲音，並使用音頻分類器機器學習模型，來區分不同物體被扔進垃圾箱的碰撞聲，然後，這個智慧型回收箱會將垃圾分類到各自隔間中。
專案規格
- 微控制器：Arduino Nano 33 BLE Sense ( nRF52840 )
電源：
- 輸入電壓：12V DC（3s LiPo）
- 待機：8 mW（持續推論）
- 峰值：28W
製造材料：
- 20% 壓克力
- 20% 3D 列印 PLA
- 55% 鋁
- 5% 其他
執行器：
- 旋轉底座：步進馬達17HS3401
- 活板門：Hobby 伺服馬達 DS3225
開源許可：
- 硬體許可：Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)
- 軟體許可：Apache-2.0
第一步：建構數據採集夾具
為收集垃圾的聲音數據，首先，我們需建構必要的最小硬體，如下圖一所示，這可確保收集到的數據與真實場景相似。在此階段，我們不需要功能齊全的智慧型垃圾箱，只需使用膠帶將活板門及一些丙烯酸部件固定到位即可。
對於鋁製結構，垂直型材使用 550 毫米鋁材，水平型材使用 290 毫米鋁材。倒金字塔形的壓克力水槽，可安裝到頂部四個290 毫米鋁材上，如下圖一所示。您可以用膠帶將 MCU 開發板（Arduino Nano 33 BLE Sense）黏貼到位，或使用外殼將其固定。所有設計檔案及零件清單，都附在這項專案中。（編按：關於設計檔案及零件清單，請至專案網頁最下方的「 Custom parts and enclosures 」段落下載。）
（圖片來源）
第二步：運用 Edge Impulse 建構 AI 模型
如果您想使用我（編按：在此指作者 Samuel Alexander）的 Edge Impulse 專案模型，請點擊以下的網址：
https://studio.edgeimpulse.com/public/244026/latest
但如果想建構自己的模型，您可以遵循以下步驟：
- 首先，您需要在 Edge Impulse 網站上，創建一個帳號並登入。為將您的 MCU 開發板連接到 Edge Impulse，您需要在電腦上安裝 Edge Impulse CLI ，然後將 Edge Impulse 專門針對 Arduino BLE Sense 的韌體燒錄。請參考下方更為詳細的說明：
- 在把 MCU 開發板連接到 Edge Impulse 之後，創建一項新的專案，然後前往 Edge Impulse 網站上的「數據採集（ Data Acquisition）」選項，並開始收集音訊數據。
- 選擇設備： Arduino BLE Sense
- 感測器：麥克風
- 頻率： 16, 000Hz
- 樣本長度：19, 000
最重要的是，根據您想採樣的垃圾物件命名標籤。
- 接下來就開始採樣。既然每個樣本的長度都是 19 秒，您可稍後將其分割為 1 秒窗口，並將樣本調整成為在碰撞發生時。理想狀況下，每個垃圾物件需要大約 60 個 1 秒窗口樣本。
- 接著，前往「 Impulse design 」選項，選擇「 Create Impulse 」，並根據下方配圖二設定參數。在 MFE 選項上，自動調整參數並生成特徵；使用預設參數開始在分類器選項上進行訓練（這可能需要一段時間）。
（圖片來源）
第三步：對微控制器編寫程式碼
在 Edge Impulse 「部署（ Deployment ）」選項上，您可以設定如何部署。選擇 Arduino 函式庫並點擊建構（Build ）。這會將 Edge Impulse AI 模型創建為 .zip 檔案，您應該解壓縮該檔案，並將解壓縮後的檔案夾，放入Arduino 的「 libraries 」資料夾中。
現在，您可在本專案的「檔案（ file ）」選項中下載 .ino 程式碼，然後將程式碼上傳到您的 Arduino 開發板。
（圖片來源）
第四步：建構框架及執行器
運用 3D 列印，列印剩下的 .stl 零件，並將它們組裝到鋁製框架上，如下圖四、五、六、七所示。大多數零件（例如活板門和旋轉底板），可以使用 M5 螺栓和 M5 T 型螺母安裝。
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第五步：連接電子設備
請根據下圖八連接電子設備。為節省空間，可將電線直接焊接到 Arduino Nano 33 BLE Sense 上。務必確保「霍爾感測器」在安裝好後，能靠近丙烯酸底座底部；磁鐵應黏在壓克力底座底側，並應位於霍爾感測器上方約 2至4 毫米處。如果有任何懸掛的電線，請以束線帶將它們固定在鋁製框架上。
（圖片來源）
第六步：將智慧型回收箱接上電源
現在，您的 AI 音訊分類回收箱應該可以運作了！請將它接上電源，並親自測試一下它的功能！
（編按：以上影片是本文作者Samuel Alexander，針對智慧型回收箱所拍攝的影片，歡迎讀者們觀賞！若您喜愛本文作者的這項專案，歡迎幫影片按讚，並訂閱作者的 YouTube 頻道，謝謝！）
（本文經同意轉載自vMaker網站。編按：感謝作者 Samuel Alexander 開放授權，使我們得以摘譯這篇文章及使用其圖片，特此致謝。若您想閱讀原文，請點擊：閱讀原文，謝謝！）
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