智能農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)由PSoC?6 AI驅(qū)動(dòng)

農(nóng)業(yè)是一場(chǎng)時(shí)間和資源的高風(fēng)險(xiǎn)游戲。許多農(nóng)民仍然依靠直覺或延遲的觀察來做出有關(guān)灌溉、天氣或安全的決定。我們想要改變這一點(diǎn)——用一個(gè)完全自主的、人工智能驅(qū)動(dòng)的智能農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

使用PSoC?6 AI評(píng)估套件作為中樞大腦，我們構(gòu)建了一個(gè)實(shí)時(shí)感知、分析和行動(dòng)的系統(tǒng)。它為農(nóng)民提供即時(shí)信息和自動(dòng)控制——有或沒有互聯(lián)網(wǎng)——使智能農(nóng)業(yè)成為可能，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)。

這是我們由PSoC?6 AI驅(qū)動(dòng)的智能農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的完整原型。

我們正在解決什么問題?

農(nóng)民每天都面臨著挑戰(zhàn)：

?由于灌溉效率低下而造成的水資源浪費(fèi)

?環(huán)保意識(shí)差(聲音/天氣)

?難以跟蹤溫度和濕度趨勢(shì)

?安全問題(牲畜入侵或移動(dòng))

我們的解決方案通過提供：

?實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)聲音、溫度、濕度、水位

?智能灌溉激活和移動(dòng)警報(bào)

?通過設(shè)備上的AI進(jìn)行預(yù)測(cè)分析

?視覺反饋通過一個(gè)專用的外部顯示器

?人工灌溉在農(nóng)村地區(qū)仍然很普遍，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。

我們?cè)诮ㄔ焓裁?

我們正在使用PSoC?6 AI套件開發(fā)智能農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合內(nèi)部和外部傳感器，基于AI的處理和節(jié)能設(shè)計(jì)。

主要特點(diǎn):

?Edge AI聲音監(jiān)測(cè)使用PSoC?6上的內(nèi)置麥克風(fēng)，我們收集環(huán)境聲音數(shù)據(jù)來監(jiān)測(cè)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)，人類活動(dòng)和異常事件。訓(xùn)練用于聲音分類的ML模型，并將其部署到設(shè)備上。

外部環(huán)境傳感器

?DHT11傳感器：監(jiān)測(cè)溫度和濕度。

?水位傳感器：檢測(cè)灌溉水箱或土壤濕度水平。

?外部環(huán)境傳感器dht11傳感器：監(jiān)測(cè)溫度和濕度。水位傳感器：檢測(cè)灌溉水箱或土壤濕度水平。

?UNIHIKER外部顯示器顯示實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)(溫度，濕度，水位，警報(bào))，用于快速，當(dāng)?shù)剞r(nóng)場(chǎng)側(cè)可見性。

?太陽(yáng)能電池SystemA太陽(yáng)能電池板為電池充電，確?？沙掷m(xù)的24/7離網(wǎng)運(yùn)行，這對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)使用至關(guān)重要。

它是如何工作的

1. 傳感

?內(nèi)置麥克風(fēng)(PSoC?6)：捕獲基于音頻的AI推理的環(huán)境聲音數(shù)據(jù)。

?DHT11傳感器：實(shí)時(shí)讀取溫度和濕度。

?水傳感器：監(jiān)測(cè)灌溉水箱或土壤水位。

?GPS，超聲波傳感器：可選跟蹤和入侵檢測(cè)。

2. Edge AI與PSoC?6

?機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和部署(使用DEEPCRAFT Studio)

?我們訓(xùn)練和部署用于聲音分類的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)異常檢測(cè)。下面是如何使用DEEPCRAFT Studio訓(xùn)練基于麥克風(fēng)的ML模型：

逐步培訓(xùn)說明：

?項(xiàng)目SetupOpen DEEPCRAFT工作室和創(chuàng)建一個(gè)新的音頻分類項(xiàng)目量身定制的PSoC?6麥克風(fēng)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)收集

?連接您的PSoC?6 AI評(píng)估套件，并通過內(nèi)置麥克風(fēng)記錄環(huán)境聲音。

?捕捉不同的聲音樣本代表正常情況，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)，人類活動(dòng)，和任何不尋常的事件。

?準(zhǔn)確地標(biāo)記每個(gè)錄音以表示聲音類別。

連接您的PSoC?6 AI評(píng)估套件，并通過內(nèi)置麥克風(fēng)記錄環(huán)境聲音。捕捉不同的聲音樣本代表正常情況，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)，人類活動(dòng)，和任何不尋常的事件。準(zhǔn)確地標(biāo)記每個(gè)錄音以表示聲音類別。

Deepcraft工作室數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)預(yù)處理

將音頻文件分割成統(tǒng)一的短片段(例如，1-2秒)。

DEEPCRAFT Studio將自動(dòng)提取音頻特征，如Mel-frequency倒譜系數(shù)(MFCCs)，這是聲音分類所必需的。

數(shù)據(jù)預(yù)處理將音頻文件分割成統(tǒng)一的短片段(例如，1-2秒)。DEEPCRAFT Studio將自動(dòng)提取音頻特征，如Mel-frequency倒譜系數(shù)(MFCCs)，這是聲音分類所必需的。

Deepcraft Studio數(shù)據(jù)預(yù)處理

模型訓(xùn)練

配置訓(xùn)練參數(shù)，如epoch、batch大小和學(xué)習(xí)率。

在DEEPCRAFT Studio中訓(xùn)練模型，監(jiān)控?fù)p耗和精度指標(biāo)。

利用早期停止和驗(yàn)證數(shù)據(jù)來防止過擬合。

模型訓(xùn)練配置訓(xùn)練參數(shù)，如epoch、batch大小和學(xué)習(xí)率。在DEEPCRAFT Studio中訓(xùn)練模型，監(jiān)控?fù)p耗和精度指標(biāo)。利用早期停止和驗(yàn)證數(shù)據(jù)來防止過擬合。

Deepcraft工作室模型培訓(xùn)

模型評(píng)價(jià)

審查準(zhǔn)確性、混淆矩陣和分類報(bào)告。

如果有必要，細(xì)化數(shù)據(jù)集或訓(xùn)練參數(shù)以提高性能。

模型評(píng)估審查準(zhǔn)確性，混淆矩陣和分類報(bào)告。如果有必要，細(xì)化數(shù)據(jù)集或訓(xùn)練參數(shù)以提高性能。

Deepcraft Studio模型評(píng)估

模型出口

一旦滿意，以與ModusToolbox?兼容的格式導(dǎo)出訓(xùn)練好的模型以進(jìn)行部署。

模型導(dǎo)出一旦滿意，以與ModusToolbox?兼容的格式導(dǎo)出訓(xùn)練好的模型以供部署。

固件集成與部署

使用ModusToolbox?將該模型與PSoC?6固件集成。

實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻分類邏輯，根據(jù)聲音模式觸發(fā)灌溉或警報(bào)。

將固件閃存到您的設(shè)備，并在實(shí)際農(nóng)場(chǎng)條件下驗(yàn)證性能。

固件集成與部署使用ModusToolbox?將模型與PSoC?6固件集成。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻分類邏輯，根據(jù)聲音模式觸發(fā)灌溉或警報(bào)。將固件閃存到您的設(shè)備，并在實(shí)際農(nóng)場(chǎng)條件下驗(yàn)證性能。

3. 自動(dòng)化+警報(bào)

如果土壤干燥，啟動(dòng)水泵。

發(fā)送藍(lán)牙/WiFi提醒到農(nóng)民的手機(jī)。

在UNIHIKER顯示器上顯示讀數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)。

4. 遠(yuǎn)程監(jiān)控

傳感器數(shù)據(jù)記錄和可視化的移動(dòng)應(yīng)用程序(內(nèi)置在Flutter)。

農(nóng)民獲得實(shí)時(shí)狀態(tài)更新和系統(tǒng)建議。

硬件使用

?PSoC?6 AI評(píng)估套件-中央處理器+內(nèi)置AI麥克風(fēng)

?DHT11傳感器-溫濕度

?水傳感器-濕度/水位檢測(cè)

?UNIHIKER -外部液晶顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

?太陽(yáng)能電池板+電池組-能源自給自足

?藍(lán)牙/WiFi模塊-無線數(shù)據(jù)和警報(bào)

軟件工具

?DEEPCRAFT Studio -用于聲音分類的AI模型訓(xùn)練

?模塊工具箱-傳感器編程+嵌入式開發(fā)

?FreeRTOS - PSoC?6的高效任務(wù)管理

?撲動(dòng)-移動(dòng)應(yīng)用程序界面的農(nóng)民

?Python(在UNIHIKER上)-顯示集成和UI

AI和ML的使用

?基于聲音的環(huán)境監(jiān)測(cè)：從PSoC?6麥克風(fēng)收集和標(biāo)記聲音數(shù)據(jù)，以檢測(cè)降雨，牲畜運(yùn)動(dòng)或入侵等模式。

?模型訓(xùn)練和推理：在DEEPCRAFT Studio中訓(xùn)練的模型針對(duì)邊緣人工智能進(jìn)行了優(yōu)化和部署，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)音頻事件識(shí)別。

?自動(dòng)化觸發(fā)器：機(jī)器學(xué)習(xí)輸出直接控制灌溉和警報(bào)機(jī)制的智能決策。

可持續(xù)設(shè)計(jì)

?太陽(yáng)能電池板+高效電源管理

?低功耗PSoC?6操作

?備用電池用于夜間/低光照條件

結(jié)果與益處

?準(zhǔn)確的聲音分類，用于農(nóng)場(chǎng)監(jiān)測(cè)

?實(shí)時(shí)溫濕度記錄

?用于灌溉優(yōu)化的水位檢測(cè)

?即時(shí)警報(bào)和本地顯示反饋

?所有處理都在本地完成(沒有云，沒有延遲)

?完全離網(wǎng)和可持續(xù)發(fā)展

下一個(gè)步驟

?擴(kuò)展AI以包括天氣模式預(yù)測(cè)

?增加LoRa或GSM模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信

?整合土壤養(yǎng)分傳感器，更深入地了解作物

?為高級(jí)儀表板添加云同步選項(xiàng)

結(jié)論

這個(gè)項(xiàng)目將人工智能帶到最需要它的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。通過結(jié)合低功耗邊緣處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和太陽(yáng)能自主供電，我們建立了一個(gè)系統(tǒng)，為農(nóng)民提供數(shù)字助理的眼睛和耳朵——幫助他們更智能地種植，減少浪費(fèi)，保護(hù)他們的生計(jì)。

本文編譯自hackster.io