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根据气候变化声音识别自然灾害的设备

消耗积分:0 | 格式:zip | 大小:0.24 MB | 2022-12-06

陈文博

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描述

介绍

随着气候的变化，与气候变化相关的自然灾害呈上升趋势。气候变化与自然灾害形成正反馈循环。气温上升正在引发野火，这将释放大量的二氧化碳，这将导致更多的温室效应，使环境温度升高，未来更多的野火。

要追踪气候变化，必须关注自然灾害的频率。这些自然灾害中的大多数都有与每场灾难相关的独特声音。大雨、雷暴、冰雹、海啸、野火、飓风、地震、火山爆发——这些灾难中的每一个都会在这些灾难性事件中产生独特/特定的声音。这些声音是气候变化的声音。

我正在尝试构建一个具有快速逻辑快速羽毛板和 sensiML AI 的设备来识别这些声音。最终目标是建立一个自然灾害检测设备网络，可以根据气候变化的声音/声音识别自然灾害。

现在的问题是，人工智能可以根据声音检测这些事件吗？

让我们来了解一下！

硬件

这些是用于该项目的硬件：

poYBAGOIGWCAazpXAAVasg24k48383.jpg
硬件
 
  • LiPo Power Rig：在 QORC 贴纸下方有一个 4000 mAh LiPo 电池，它粘在普通的 veroboard 上以构建电源装置。该装备为所有硬件部件提供即插即用连接和机械支持
  • Quick Feather Dev Board：Quick Logic AI 板，本项目的大脑
  • Adafruit Tripler：Adafruit Tripler 扩展有助于快速羽毛和 HC-05 蓝牙模块之间的连接
  • HC-05 蓝牙 UART 模块：通过蓝牙与计算机或智能手机提供无线 UART 连接以发送结果
  • 模块化太阳能锂聚合物充电器：这部分由一个降压转换器模块组成，该模块可以将 6-30 伏之间的任何直流电压降压至 5 伏，TP4056 模块将 5 伏转换为 4.2 伏以进行锂聚合物充电。
  • 5 瓦太阳能电池板：为户外/远程操作的锂聚合物电池充电提供电源。

安装 SDK 和工具链

在下载 SDK 之前，我已经在计算机上安装了最新的 Ubuntu 20.04。这部分非常棘手，预计会有一些流失，因为官方设置指南并没有完全按预期工作。在自动安装过程中缺少一些依赖项，我必须手动安装。

Installing SDK

登录 Ubuntu 20.04，打开终端，一次输入以下 4 个命令：-

sudo apt install git

git clone https://github.com/QuickLogic-Corp/qorc-sdk.git

cd qorc-sdk

source envsetup.sh

这些将安装 git（如果您没有安装它），克隆快速逻辑 sdk，创建一个名为 qorc-sdk 的文件夹并假设安装所有内容！

从现在开始，所有东西都必须安装在 qorc-sdk 文件夹/目录中。

接下来，重新启动您的 Ubuntu 机器/计算机。

如果 ARM 工具链和 TinyFPGA Programmer 没有正确安装，请按照以下步骤安装：-

Installing ARM Toolchain

重新启动计算机后，再次打开终端并键入以下 3 个命令：-

cd qorc-sdk

mkdir arm_toolchain_install 

wget -O gcc-arm-none-eabi-9-2020-q2-update-x86_64-linux.tar.bz2 -q --show-progress --progress=bar:force 2>&1 "https://developer.arm.com/-/media/Files/downloads/gnu-rm/9-2020q2/gcc-arm-none-eabi-9-2020-q2-update-x86_64-linux.tar.bz2?revision=05382cca-1721-44e1-ae19-1e7c3dc96118"


tar xvjf gcc-arm-none-eabi-9-2020-q2-update-x86_64-linux.tar.bz2 -C ${PWD}/arm_toolchain_install

Installing Python 3 and TinyFPGA programmer

在命令终端上键入以下命令：-

cd

cd qorc-sdk

sudo apt install python3-pip

git clone --recursive https://github.com/QuickLogic-Corp/TinyFPGA-Programmer-Application.git

pip3 install tinyfpgab

理想情况下，这一步不应该是必要的，但不知何故，这些是我所说的缺失或不起作用的依赖项

修改源代码

我检查了分支 ssi-audio-sensor 并构建了一个新的 qf_ssi_ai_app.bin。我也使用 dcl_import.ssf 作为插件。音频传感器在那里，但 DCL 仍然捕获加速度计数据。

为了解决这个问题，我在编译代码qf_apps/qf_ssi_ai_app/inc/Fw_global_config.h之前修改了 Fw_global_config.h文件

/* Settings for selecting either Audio or an I2C sensor, Enable only one of these mode */
#define SSI_SENSOR_SELECT_AUDIO (1) 
// 1 => Select Audio data for live-streaming or recognition modes
#define SSI_SENSOR_SELECT_SSSS (0) 
// 0 => Disable SSSS sensor data for live-streaming of recognition modes

闪烁的音频采集固件（数据采集模式）

Compile/Build an Example code

从 Ubuntu 终端转到 qorc-sdk 目录，将工具链添加到路径，将目录更改为 qf_ssi_ai_app 项目并使用以下命令使用源代码构建一个 bin 文件：-

cd qorc-sdk

export PATH=${PWD}/arm_toolchain_install/gcc-arm-none-eabi-9-2020-q2-update/bin:$PATH

cd

cd qorc-sdk/qf_apps/qf_ssi_ai_app/GCC_Project

make

Flash/Upload code to QuickLogic board

使用 USB 数据线将 Quick Feather 板连接到计算机，按下板上的重启按钮。当 Bule LED 闪烁时，按下用户按钮。一个闪烁的绿色 LED 应该开始闪烁，这意味着该板处于上传模式

在 Ubuntu 上打开终端并输入以下命令以刷新固件：-

cd

cd qorc-sdk/qf_apps/qf_ssi_ai_app/GCC_Project

sudo chmod a+rw /dev/ttyACM0

alias qfprog="python3 /home/computer/qorc-sdk/TinyFPGA-Programmer-Application/tinyfpga-programmer-gui.py"

qfprog --port /dev/ttyACM0 --m4app output/bin/qf_ssi_ai_app.bin --mode m4

闪烁应该像这样发生：-

pYYBAGOIGWSAMZGaAAGoT2HcARo325.png
刷机固件
 

 

SensiML 数据采集实验室

下一部分使用 SensiML Data Capture Lab 软件在单独的 Windows 10 计算机上完成。

这部分由Arduino “have11” Guy在他的 QuickFeather 开发工具包和 SensiML 入门项目中进行了彻底的解释。因此，我不会重复相同的内容进行详细说明。一切几乎完全相同，除了我将使用麦克风而不是加速度计来捕获声音数据。

以下是所有步骤的简要说明：

第 1 步：用于从麦克风捕获音频的 SSF 文件

ssf文件附在下面，使用此 ssf 文件将启用从 Quick Logic 开发套件的麦克风获取数据。此配置加载到 SensiML 数据捕获实验室。（详见本项目）

{
    "name": "QuickFeather SimpleStream",
    "uuid": "10b1db20-48a5-4442-a40e-fc530b456c89",
    "collection_methods": [
        {
            "name": "live",
            "display_name": "Live Stream Capture",
            "storage_path": null,
            "is_default": true
        }
    ],
    "device_connections": [
        {
            "name": "serial_simple_stream",
            "display_name": "Data Stream Serial Port",
            "value": 1,
            "is_default": true,
            "serial_port_configuration": {
                "com_port": null,
                "baud": 460800,
                "stop_bits": 1,
                "parity": 0,
                "handshake": 0,
                "max_live_sample_rate": 3301
            }
        },
        {
            "name": "wifi_simple",
            "display_name": "Simple Stream over WiFi",
            "value": 2,
            "is_default": true,
            "wifi_configuration": {
                "use_mqttsn": false,
                "use_external_broker": false,
                "external_broker_address":"",
                "broker_port":1885,
                "device_ip_address": null,
                "device_port": 0,
                "max_live_sample_rate": 1000000
            }
        }
    ],
    "capture_sources": [
        {
            "max_throughput": 0,
            "name": "Motion",
            "part": "MC3635",
            "sample_rates": [
                333, 250, 200, 100, 50
            ],
            "is_default": true,
            "sensors": [
                {
                    "column_count": 3,
                    "is_default": true,
                    "column_suffixes": [
                        "X",
                        "Y",
                        "Z"
                    ],
                    "type": "Accelerometer",
                    "parameters": [],
                    "sensor_id": 1229804865,
                    "can_live_stream": true
                }
            ]
        },
        {
            "max_throughput": 0,
            "name": "Audio",
            "part": "IM69D130",
            "sample_rates": [
                16000
            ],
            "is_default": true,
            "sensors": [
                {
                    "column_count": 1,
                    "is_default": true,
                    "column_suffixes": [""],
                    "type": "Microphone",
                    "parameters": [],
                    "sensor_id": 1096107087,
                    "can_live_stream": true
                }
            ]
        },
        {
            "max_throughput": 0,
            "name": "Qwiic Scale",
            "part": "NAU7802",
            "sample_rates": [
                333, 250, 200, 100, 50
            ],
            "is_default": false,
            "sensors": [
                {
                    "column_count": 1,
                    "is_default": true,
                    "column_suffixes": [
                        ""
                    ],
                    "type": "Weight",
                    "parameters": [],
                    "units": null
                }
            ],
            "sensor_id": 1334804865,
            "can_live_stream": true
        },
        {
            "max_throughput": 0,
            "name": "ADC",
            "part": "ADS1015",
            "sample_rates": [
                100,
                250,
                500,
                1000,
                1600,
                2400,
                3300
            ],
            "is_default": false,
            "sensors": [
                {
                    "column_count": 1,
                    "is_default": true,
                    "column_suffixes": [
                        ""
                    ],
                    "type": "Analog Channel"
                }
            ],
            "sensor_id": 1184532964,
            "can_live_stream": true
        },
    ],
    "is_little_endian": true
}

第 2 步：使用 Sensi ML 构建 AI 模型

这是我在早上 7 点左右为构建 AI 模型录制的降雨和雷声示例，因此来自其他来源的环境噪声很低：

 

首先在 Sensi ML DCL 的 Capture Mode 中，记录暴雨和雷声

poYBAGOIIWOAT0RFAAQ3aLUbwO8186.png
降雨和雷声建模
 

然后在标签浏览器模式下，手动识别声音并将其标记为降雨或雷声

pYYBAGOIMvWAdTlSAANxtUnN6bg951.png
标记气候变化的声音
 

第 3 步：训练模型

这一步在https://app.sensiml.cloud/网页界面上完成，构建训练模型

pYYBAGOIMvuADCcVAAJ2dv_sUsU814.jpg
建筑模型
 

之后，可以测试和探索模型以提高性能。

然后下载模型（文件附在下面）并刷入快速羽毛板

部署

好吧，刷完bin文件后，我通过电脑的蓝牙和另一端的HC-05将设备连接到Putty，进行无线UART连接。

降雨和雷声的检测不是很准确。我敢肯定，我在 AI 模型构建和测试阶段错过了很多优化。我必须再试一次，从头开始重建一切以获得更好的模型！

poYBAGOIMwOAeS_zAAF7XjPe47U795.jpg
降雨或雷声
 

 


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