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電子鼻項(xiàng)目:ESP32-S3與邊緣智能的融合

海闊天空的專(zhuān)欄 ? 來(lái)源:Lashley Wang ? 作者:Lashley Wang ? 2025-01-26 17:11 ? 次閱讀
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作者:Lashley Wang

物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天,邊緣計(jì)算和TinyML技術(shù)正逐漸成為焦點(diǎn)。想象一下,小小的芯片竟能在設(shè)備端實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與決策,ESP32-S3 芯片就如同一位魔法大師,攜手Edge Impulse平臺(tái),讓電子鼻項(xiàng)目成為現(xiàn)實(shí),帶你開(kāi)啟一場(chǎng)奇妙的氣味探索之旅。

本系列第四集, DFRobot 高級(jí)工程師夏青(Rockets Xia)將為您解讀一個(gè)非常有意思的邊緣計(jì)算TinyML實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目。


主講嘉賓:

夏青(Rockets Xia)夏青(Rockets Xia),DFRobot高級(jí)工程師,蘑菇云創(chuàng)客空間共同創(chuàng)始人
夏青經(jīng)常活躍于國(guó)內(nèi)外創(chuàng)客社區(qū)。從2008起開(kāi)始致力推廣創(chuàng)客文化,促進(jìn)創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)在中國(guó)的發(fā)展,2010年與中國(guó)創(chuàng)客教父李大維等打造國(guó)內(nèi)首個(gè)創(chuàng)客空間——新車(chē)間。2013年在DFRobot和浦軟集團(tuán)的支持下建設(shè)蘑菇云創(chuàng)客空間。作為蘑菇云創(chuàng)客空間共同創(chuàng)始人,經(jīng)常鼓勵(lì)和推動(dòng)社區(qū)創(chuàng)客項(xiàng)目的推進(jìn)。作為DFRobot高級(jí)工程師,積極致力于推動(dòng)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)在創(chuàng)客及創(chuàng)客教育領(lǐng)域的落地和推廣。

圖片來(lái)源:DFRobot(圖片來(lái)源:DFRobot)

首先,先來(lái)了解一下邊緣計(jì)算。邊緣計(jì)算是一種基于分布式計(jì)算的環(huán)境,它在數(shù)據(jù)收集源附近,也就是設(shè)備端完成數(shù)據(jù)處理和決策。與集中式的云計(jì)算不同,邊緣計(jì)算避免了數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藥?lái)的延遲問(wèn)題,具有實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)的能力和更快的響應(yīng)時(shí)間,同時(shí)降低了對(duì)云端的依賴(lài),減輕了網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的負(fù)載。在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)領(lǐng)域,邊緣計(jì)算具有很高的應(yīng)用性。

圖片來(lái)源:DFRobot(圖片來(lái)源:DFRobot)

而TinyML作為一種典型的邊緣計(jì)算應(yīng)用,使得在低功耗的設(shè)備上可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)功能。今天要介紹的電子鼻項(xiàng)目,就采用了ESP32-S3芯片,并使用Edge Impulse平臺(tái)進(jìn)行TinyML模型訓(xùn)練和部署,以檢測(cè)空氣中的氣體成分,實(shí)現(xiàn)氣味的識(shí)別與分類(lèi)。

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ESP32-S3芯片是樂(lè)鑫的高性能芯片之一,在邊緣計(jì)算的應(yīng)用中展現(xiàn)了卓越的性能和低功耗平衡。在前期視頻介紹中已經(jīng)對(duì)它有相應(yīng)的介紹,下面進(jìn)一步介紹電子鼻項(xiàng)目的具體情況。

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電子鼻項(xiàng)目的硬件組成包括FireBeetle ESP32-S3開(kāi)發(fā)板作為核心控制器,負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和控制;還有甲烷、一氧化碳、甲醛等氣體傳感器,用于檢測(cè)空氣中的不同氣體成分;此外,還需要面包板和跳線(xiàn)來(lái)連接各個(gè)傳感器和開(kāi)發(fā)板。

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項(xiàng)目在完成焊接和組裝后,就是模型訓(xùn)練和部署。Edge Impulse 是一款專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的便捷機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái),可以輕松的完成模型的訓(xùn)練、優(yōu)化和部署,非常適合電子鼻這樣的邊緣智能項(xiàng)目。

項(xiàng)目分解如下:

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首先,選擇可樂(lè)和葡萄汁作做為樣本飲料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將飲料放入封閉容器,保存數(shù)據(jù)到電腦上,獲得 CSV 格式的數(shù)據(jù),并加上氣味名稱(chēng)的label,以便后期分類(lèi)和處理。靜置十分鐘,每個(gè)飲料多測(cè)幾次,以獲得更準(zhǔn)確的氣味數(shù)據(jù)。測(cè)量后用清水沖洗量杯,用風(fēng)扇清洗容器,讓容器內(nèi)氣體恢復(fù)正??瞻篆h(huán)境,然后再次測(cè)量其他數(shù)據(jù)并保存。

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將 CSV 格式的文件上傳到Edge Impulse平臺(tái),利用標(biāo)記功能標(biāo)記每個(gè)數(shù)據(jù)集,如葡萄汁和可樂(lè),然后通過(guò)平臺(tái)的功能篩選出對(duì)飲料氣味分析更重要的特征。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練和測(cè)試,可以得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的模型,它能夠自動(dòng)識(shí)別和分類(lèi)葡萄汁和可樂(lè)。

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同樣的原理, 對(duì)水果進(jìn)行類(lèi)似有趣的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證模型是否可以部署在FireBeetleESP32– S3主控板上。實(shí)驗(yàn)物品是生芒果和快腐爛的成熟芒果,利用氣體傳感器判斷水果的成熟度。

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這樣的電子鼻在倉(cāng)庫(kù)管理、生鮮和水果等高價(jià)值物品的物流管理中都有應(yīng)用,可以減少浪費(fèi)和損失,提供重要數(shù)據(jù)支持,降低損耗。

以上課程,可以了解了如何利用Firebeetle ESP32-S3主控和Edge Impulse平臺(tái)構(gòu)建電子鼻項(xiàng)目,從硬件介紹到模型訓(xùn)練和部署的全過(guò)程,展示了Firebeetle ESP32-S3在邊緣人工智能應(yīng)用中的強(qiáng)大能力。

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相信未來(lái),隨著物聯(lián)網(wǎng)和邊緣人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展,TinyML 的應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣闊,能夠在端側(cè)跑TinyML模型的Firebeetle ESP32-S3將在智能家居、工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

本期就是物聯(lián)網(wǎng)和ESP32系列的最后一期內(nèi)容,希望能為您帶來(lái)啟發(fā)。在下方一并羅列了相關(guān)資源的鏈接,以及ESP32相關(guān)產(chǎn)品的編號(hào),方便您進(jìn)行復(fù)刻。

感謝您對(duì)本系列的關(guān)注,請(qǐng)繼續(xù)留意我們,獲取更多項(xiàng)目和教程。這個(gè)系列到此結(jié)束,期待與您有緣再見(jiàn)!

審核編輯 黃宇

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