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超聰明垃圾桶登場! AI 全方位解決您的回收困擾

   

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。)

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:

https://docs.edgeimpulse.com/docs/development-platforms/officially-supported-mcu-targets/arduino-nano-33-ble-sense

  • 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)。

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。

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。

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。

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!)

MakerPRO編輯部
MakerPRO編輯部

Author: MakerPRO編輯部

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