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盡管當(dāng)今可穿戴設(shè)備種類繁多,但大多數(shù)人工智能功能歸結(jié)為僅定義非常簡單的動作。他們確定一個人是在跑步還是在睡覺,他們計算步數(shù),并確定一個人是否跌倒。
在我看來,我們已經(jīng)準(zhǔn)備好從我們的設(shè)備進(jìn)行更復(fù)雜的分析。如果他們能夠識別更具體、相似和復(fù)雜的活動會怎樣?它將開啟前所未有的可能性,創(chuàng)造出許多有趣的新應(yīng)用程序和設(shè)備。
然而,識別更復(fù)雜的活動需要龐大而復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),這需要大量的計算。這顯然會很快耗盡嵌入該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池。大多數(shù)可穿戴設(shè)備應(yīng)在常亮模式下運行,這對此類解決方案的能源效率提出了嚴(yán)格要求。
我們?nèi)绾谓鉀Q這個挑戰(zhàn)?在我的項目中,我想展示一個示例,說明如何顯著增加智能功能的復(fù)雜性,并確定可穿戴設(shè)備可以使用非常小且準(zhǔn)確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別什么。
在我的項目中,您將找到有關(guān)如何使用 Nicla Sense ME 實施多項日?;顒幼R別的詳細(xì)指南。
如果你有 Nicla Sense ME,你可以在你的實驗/項目/課程中嘗試我的預(yù)訓(xùn)練模型。
我們的測試結(jié)果表明,該模型完美地識別了 30 名未使用其數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型的參與者的動作。
按照本教程,您還可以輕松地進(jìn)行自己的實驗并根據(jù)您的數(shù)據(jù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以識別相同或不同的動作。
我們相信,使用小型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別極其復(fù)雜和相似的動作的能力為永遠(yuǎn)在線的設(shè)備開辟了一個新時代。
下面,您將找到有關(guān)如何重現(xiàn)此實驗的完整教程,包括數(shù)據(jù)收集、模型訓(xùn)練、模型嵌入和推理。此外,我們還創(chuàng)建了一個帶有預(yù)訓(xùn)練模型的公共存儲庫,該模型已證明對新用戶具有良好的泛化能力。它是一個預(yù)編譯的模型存檔,您只需點擊幾下鼠標(biāo)即可下載并嵌入到您的 Nicla Sense ME 中,然后開始測試。
https://github.com/NeutonTinyML/hand-activity-recognition
使用 Nicla Sense ME 收集數(shù)據(jù)
對于這個案例,我選擇了 5 種類型的活動(對于您的實驗,您可以選擇其他活動):
- 洗手
- 刷牙
- 鼓掌
- 梳理頭發(fā)
- 隨機活動(負(fù)類)
對于每種活動類型,我使用 Nicla Sense ME 連續(xù) 10 分鐘不間斷地收集傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是從 7 個不同地點的 7 個不同的人那里收集的。這是一個非常具有挑戰(zhàn)性但又很有趣的過程,因為為了正確收集數(shù)據(jù),中斷是不可取的。對于那些計劃重新進(jìn)行我的實驗的人,這里有一些建議:在為另一項活動收集數(shù)據(jù)之前,先休息一下!但是,如果 10 分鐘的持續(xù)刷毛太多了,您可以進(jìn)行兩個 5 分鐘的數(shù)據(jù)收集流,然后將兩個文件連接起來。
對于負(fù)類,我們收集了 60 分鐘的數(shù)據(jù)。這次不需要做任何特別的事情;繼續(xù)你的日?;顒?。在鍵盤上打字,操作鼠標(biāo),接聽電話,喝茶,或做任何你想做的事。只需確保在收集負(fù)面類別數(shù)據(jù)期間,您的手不會完全閑著不動。負(fù)面類別是除上述 4 類之外的所有其他類別的子集。
腳步:
現(xiàn)在讓我為您提供有關(guān)如何調(diào)整 Arduino 板 Nicla Sense ME 以收集數(shù)據(jù)的詳細(xì)指南。
1.訪問https://www.arduino.cc/en/software,為您的操作系統(tǒng)下載 Arduino IDE 2.xx,并安裝軟件包。

2.打開 Arduino IDE,單擊Boards Manager圖標(biāo),鍵入“nicla sense me”并安裝Arduino Mbed OS Nicla Boards包。

單擊庫管理器圖標(biāo),在搜索框中鍵入“nicla sense me”并安裝兩個庫:Arduino_BHY2和ArduinoBLE 。

在搜索框中鍵入“printf”并安裝LibPrintf 。

3.在主菜單中選擇File->Examples->Arduino_BHY2>BHYFirmwareUpdate 。

4.將Nicla Sense ME板連接到 USB 并在下拉菜單中選擇端口。

5.點擊上傳按鈕...

…等到上傳過程完成。

6.單擊串行監(jiān)視器圖標(biāo)并選擇115200 波特,然后單擊 Nicla 開發(fā)板上的重置按鈕。

7. 5-10 秒后,您會看到 BHY 固件已上傳。

8.使用 Nicla Sense ME 從 Neuton存儲庫下載用于傳感器數(shù)據(jù)收集的 Arduino 預(yù)編譯庫。
模型 -> Arduino_Neuton.zip(不要解壓存檔)
9.將“Arduino_Neuton.zip”模型安裝到 Arduino IDE 中:
Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library…(指向下載的“Arduino_Neuton.zip”存檔)

10.退出并重新啟動 Arduino IDE(Arduino IDE 最多需要一分鐘時間來索引所有示例,包括新安裝的“Arduino_Neuton”)
11、打開安裝好的例子:File -> Examples -> Arduino_Neuton -> Inertial_Sensor_Data_Collection (會彈出一個新的Arduino IDE窗口,關(guān)閉之前的Arduino IDE窗口)

12.將 Nicla Sense ME 連接到計算機的 USB 端口。
13.在 IDE 中選擇您的 MCU 并上傳固件。

14.固件上傳后(1-2 分鐘),打開串行監(jiān)視器 - 您應(yīng)該看到傳感器讀數(shù)(如果您看到連接錯誤 - 重新啟動 Arduino IDE 并再次打開串行監(jiān)視器)

現(xiàn)在您可以從 USB 端口拔下電路板。
15.將電路板牢固地連接到手表或手鏈上。Micro-USB 端口應(yīng)位于右下角。

16.將帶有電路板的手表或手環(huán)戴在右手上,并連接數(shù)據(jù)線。確保連接器附近的電纜沒有拉緊,以免損壞電路板。

17.根據(jù)您的操作系統(tǒng),打開串行端口并嘗試記錄數(shù)據(jù)。在提示中可以看到串口。

如果您使用的是 macOS,請在終端中使用此命令:
stty -f /dev/cu.usbmodem85EB3A0F2 115200 | 貓/dev/cu.usbmodem85EB3A0F2 | T 恤 4_brushing_hair.csv
這會將端口速度設(shè)置為 115200 波特。從串行端口打印出文本數(shù)據(jù)并將其保存為 CSV 文件。

按 Control-C 停止錄制。將有一個 CSV 文件,其中包含來自傳感器(加速度計、線性加速度計和陀螺儀)的數(shù)據(jù)和時間戳。

18.開始記錄運動。按下 Nicla 板上的重置按鈕并重新開始記錄到文件。
例如,拍手 10 分鐘(使用智能手機中的秒表應(yīng)用程序)。在此過程中,改變雙手的位置,使數(shù)據(jù)更加多樣化。錄制過程中不要停止移動。
按下重置按鈕后約 7 秒內(nèi)將開始錄制。
10 分鐘結(jié)束后,繼續(xù)運動 10-20 秒并停止記錄。
19.對每個活動類型重復(fù)第 18 步(使用不同的文件名):

在記錄每個動作之前重置板。
模型訓(xùn)練
在您收集了所有活動的數(shù)據(jù)并將它們組合成一個數(shù)據(jù)集后,前往Neuton.ai平臺訓(xùn)練您的模型。
1.創(chuàng)建一個新的解決方案

2.選擇數(shù)據(jù)類型,上傳數(shù)據(jù)


3.在左側(cè)字段中刪除變量 lacc_X、lacc_Y、lacc_Z(此模型不需要線性加速度計);在右邊的字段中選擇目標(biāo)變量并單擊下一步。

4.選擇任務(wù)類型。

5.選擇輸入數(shù)據(jù)類型為 INT16。

6.啟用數(shù)字信號預(yù)處理,選擇 Window size 200 和 Sliding shift 5。

7.對于每個特征(acc_X、acc_Y、acc_Z、gyro_X、gyro_Y、gyro_Z)重復(fù)以下步驟:
A。點擊“編輯”

b. 選擇“全部刪除”

C。選擇“統(tǒng)計”功能并檢查以下功能:均值、均方根、平均絕對偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差、均值交叉率、過零率

8.選擇單片機位深:8位,開始訓(xùn)練。

模型訓(xùn)練完成后,進(jìn)入“預(yù)測”選項卡,檢查模型質(zhì)量指標(biāo)并下載包含模型的存檔以進(jìn)行嵌入。


下載的模型源代碼如下所示:

該檔案包含將模型嵌入任何 MCU 所需的一切。使用存檔內(nèi)容編譯一個 Arduino 草圖,用這個草圖刷新你的 Nicla Sense ME 并開始推理。
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