項(xiàng)目起源和目標(biāo)

這個(gè)項(xiàng)目的想法是作為我們物聯(lián)網(wǎng)大學(xué)課程的學(xué)校項(xiàng)目的一部分而實(shí)現(xiàn)的。目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，利用 Arduino Nano 33 BLE Sense 上的機(jī)器學(xué)習(xí)，然后通過(guò)藍(lán)牙將數(shù)據(jù)提供給用戶終端。當(dāng)然，我們還創(chuàng)建了一個(gè) Android 應(yīng)用程序，以便以簡(jiǎn)潔和用戶友好的方式顯示接收到的數(shù)據(jù)。

這樣的項(xiàng)目分為三個(gè)更大的任務(wù)：

• 創(chuàng)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型
• 創(chuàng)建手機(jī)應(yīng)用程序
• 啟用 Arduino 的藍(lán)牙連接

機(jī)器學(xué)習(xí)模型

我們通過(guò)收集數(shù)據(jù)開始我們的工作，然后將這些數(shù)據(jù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)算法。Edge Impulse 網(wǎng)站擁有人們?cè)谑褂迷S多方便的工具制作此類項(xiàng)目時(shí)所希望的一切。其中之一是收集必要數(shù)據(jù)的非常簡(jiǎn)單的方法。只需簡(jiǎn)單地連接他們的移動(dòng)設(shè)備，其感官信息的任何記錄都可以直接上傳到網(wǎng)站上的 ML 項(xiàng)目中。最后，我們?cè)O(shè)法在不同情況下以兩小時(shí)的時(shí)間記錄記錄數(shù)據(jù)，從用水槽或淋浴間的水刷牙到洗衣機(jī)打開時(shí)刷牙。

機(jī)器學(xué)習(xí)模型的創(chuàng)建當(dāng)時(shí)是一項(xiàng)相對(duì)簡(jiǎn)單的任務(wù)。在選擇了脈沖的處理和學(xué)習(xí)塊后，我們能夠訓(xùn)練和測(cè)試模型。最終其預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到了80%左右。模型訓(xùn)練和測(cè)試的細(xì)節(jié)可以在底部的兩張圖片中看到。

模型訓(xùn)練過(guò)程的結(jié)果

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模型測(cè)試結(jié)果

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模型構(gòu)建完成后，我們剩下要做的就是將其導(dǎo)出到我們的 Arduino 設(shè)備上。與 Edge Impulse 上的其他所有內(nèi)容一樣，該過(guò)程也非常簡(jiǎn)單明了。在決定是否使用優(yōu)化后（我們這樣做了，因?yàn)樗粚?zhǔn)確率降低到 70%，我們認(rèn)為這在很大程度上提高資源使用率的同時(shí)仍然可以接受），我們讓網(wǎng)站通過(guò)單擊 a 來(lái)構(gòu)建一個(gè) .zip 庫(kù)按鈕。

優(yōu)化模型和未優(yōu)化模型的區(qū)別

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構(gòu)建的 ML 模型庫(kù)現(xiàn)已完全準(zhǔn)備好在 Arduino IDE 中實(shí)現(xiàn)。

Arduino固件

為模型創(chuàng)建一個(gè)在 Arduino 板上運(yùn)行的程序本身也相當(dāng)容易。該過(guò)程是簡(jiǎn)單地導(dǎo)入由 Edge Impulse 構(gòu)建的 .zip 庫(kù)，從示例列表中打開麥克風(fēng)連續(xù)示例，然后將其上傳到您的設(shè)備。然而，在其默認(rèn)狀態(tài)下，您只能使用它通過(guò) USB 電纜和 IDE 的串行監(jiān)視器將數(shù)據(jù)發(fā)送到您的計(jì)算機(jī)。由于主要項(xiàng)目的目標(biāo)之一是能夠?qū)?shù)據(jù)流式傳輸?shù)揭苿?dòng)設(shè)備，因此我們必須做得更好。為了實(shí)現(xiàn) BLE 連接，我們決定使用另一個(gè) IDE 示例中的代碼：電池監(jiān)視器。雖然需要更多的編程知識(shí)，但它仍然是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的過(guò)程，將適當(dāng)?shù)拇a行復(fù)制并粘貼到正確的位置，然后編輯一些字符串。我們做的最后一件事是調(diào)整預(yù)測(cè)的輸出，以便電路板在檢測(cè)到刷牙時(shí)發(fā)送 1，在檢測(cè)不到刷牙時(shí)發(fā)送 0。完整的程序列在附件部分下，但在下面的圖像中，突出顯示了對(duì)原始 Edge Impulse 代碼所做的更改。

在本節(jié)中，BLE 服務(wù)和特性都被聲明為具有自己的自定義 UUID

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setup函數(shù)中的BLE初始化代碼

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作為循環(huán)功能的一部分，這部分代碼不斷檢查板是否仍然連接

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將預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)換為 1 或 0 并將其發(fā)送到連接設(shè)備的部分代碼

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安卓應(yīng)用

我們想要實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序的基本功能是它能夠測(cè)量一個(gè)人刷牙的時(shí)間，以及存儲(chǔ)最后一次刷牙的日期和時(shí)間。隨著項(xiàng)目的開發(fā)，我們開始添加其他功能：設(shè)置，用戶可以在其中指定他們的姓名和其他個(gè)性化詳細(xì)信息，寫下牙醫(yī)最后一次就診的日期以及最后一次更換牙刷的日期的能力，以及更多的。該應(yīng)用程序的用戶界面如下圖所示：

應(yīng)用程序的主屏幕

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應(yīng)用程序的選項(xiàng)屏幕

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應(yīng)用程序的牙醫(yī)預(yù)約屏幕

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應(yīng)用程序的牙刷更換屏幕

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如前所述，我們?cè)?MIT App Inventor 中創(chuàng)建了代碼。隨著我們項(xiàng)目的進(jìn)展，應(yīng)用程序的代碼大小急劇增加。這就是為什么我們將只提供一段代碼作為示例，但如果您對(duì)應(yīng)用程序的內(nèi)部工作感興趣，我們邀請(qǐng)您下載提供的 MIT Inventor 項(xiàng)目文件并開始自己探索和試驗(yàn)。

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部分主屏幕代碼

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