ST的邊緣AI解決方案在工業(yè)及智能家居方面的應(yīng)用

人工智能、云計(jì)算、邊緣計(jì)算之后，一個(gè)新的詞匯——邊緣AI（Edge AI）出現(xiàn)了。相比于傳統(tǒng)的云端AI，邊緣AI具有將計(jì)算和推斷能力推向離數(shù)據(jù)源更接近的位置的優(yōu)勢(shì)，可以提供了更快速、更安全、更隱私保護(hù)的數(shù)據(jù)處理和決策能力，使得人工智能能夠更好地應(yīng)用于各種邊緣設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景中。

邊緣AI解決方案在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

邊緣AI可以說是邊緣計(jì)算和AI的結(jié)合體，其解決方案通過實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控正在改變工業(yè)部門。通過對(duì)比了解并探索30多個(gè)應(yīng)用案例，發(fā)現(xiàn)邊緣人工智能解決方案實(shí)現(xiàn)了更高效、更主動(dòng)和更高數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)營，并有助于提高安全性、減少或防止停機(jī)、優(yōu)化生產(chǎn)及加強(qiáng)質(zhì)量控制，通過實(shí)時(shí)分析來自智能傳感器的振動(dòng)、聲音或溫度等數(shù)據(jù)，邊緣人工智能解決方案實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案。

針對(duì)于此，ST公司研發(fā)出基于云連接的邊緣處理解決方案SL-PREDMNT-E2C1，用于工業(yè)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該解決方案將ST的運(yùn)動(dòng)和環(huán)境傳感器、STM32F4微控制器（MCU）和STM32MP157微處理單元（MPU）組合在同一狀態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)框架中。它將智能傳感器節(jié)點(diǎn)連接到云服務(wù)，如數(shù)據(jù)湖和監(jiān)測(cè)儀表板。

   智能傳感器節(jié)點(diǎn)包括選定的環(huán)境和各個(gè)振動(dòng)傳感器、一個(gè)STM32 MCU，以及多個(gè)連接接口。這些節(jié)點(diǎn)放置在工業(yè)機(jī)械的上部或周圍，用于收集來自LPS22HB和HTS221傳感器的溫度、壓力和濕度數(shù)據(jù)，以及來自IIS3DWB三軸加速度計(jì)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。同一傳感器節(jié)點(diǎn)的STM32 MCU啟動(dòng)邊緣處理，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域和時(shí)域數(shù)據(jù)。

    將來自最多四個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)合并后，通過集中器被路由到一個(gè)配備STM32MP157 MPU的網(wǎng)關(guān)，以供進(jìn)一步的邊緣處理。在將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到基于服務(wù)器或基于云計(jì)算的系統(tǒng)，以供進(jìn)一步分析之前，該節(jié)點(diǎn)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行提純和整合。

    ST提供預(yù)測(cè)性維護(hù)儀表板應(yīng)用程序，以演示云功能如何使該解決方案變得完整。儀表板配置運(yùn)行AWS IoT Greengrass服務(wù)和AWS IoT核心的邊緣網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)?？蛻艨梢栽趦x表板上繪制狀態(tài)數(shù)據(jù)曲線并進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將警告閾值配置為端到端預(yù)測(cè)性維護(hù)解決方案的一部分。

音頻場(chǎng)景分類(ASC)可使對(duì)象更智能，并使其能夠感知用戶環(huán)境。這可以將可穿戴設(shè)備、安全、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療保健和許多其他應(yīng)用中的功能與用戶體驗(yàn)提升到新的水平。挑戰(zhàn)在于簡(jiǎn)化軟件開發(fā)和硬件設(shè)計(jì)，尤其是對(duì)于處理能力、內(nèi)存和功率受到限制的便攜式或可穿戴設(shè)備。通過在高性價(jià)比、超低功耗STM32微控制器上利用人工智能，我們的解決方案解決了成本與設(shè)計(jì)問題。

    該系統(tǒng)通過兩個(gè)MP34DT05數(shù)字MEMS全向麥克風(fēng)來捕獲環(huán)境聲音，以確保精確的聲音傳感，并通過STM32L475VG微控制器實(shí)現(xiàn)高效處理。這款超低功耗MCU具有信號(hào)處理外設(shè)和浮點(diǎn)單元(FPU)，以便實(shí)現(xiàn)快速AI軟件執(zhí)行。FP-AI-SENSING軟件為涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫（由STM32CubeMX的X-CUBE-AI擴(kuò)展生成）的ASC配置解決方案。

STM32WB55VGY提供兼容Bluetooth?低功耗SIG規(guī)范5.2的超低功耗無線連接。通過面向Android和iOS設(shè)備的適當(dāng)應(yīng)用程序，如意法半導(dǎo)體BLE傳感器應(yīng)用程序（版本 4.1.0或更高版本），可通過藍(lán)牙將算法輸出傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)。該應(yīng)用程序可顯示所產(chǎn)生的聲學(xué)場(chǎng)景分類和推斷，以及記錄在ASC系統(tǒng)上并用于AI再訓(xùn)練的活動(dòng)數(shù)據(jù)。

從而產(chǎn)生了基于AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高性價(jià)比低功耗音頻場(chǎng)景分類解決方案。它使用戶能夠借助智能手機(jī)應(yīng)用程序根據(jù)環(huán)境音頻數(shù)據(jù)來識(shí)別環(huán)境（例如，室內(nèi)、室外、車內(nèi)等）。

關(guān)于STM32MP157 MPU的相關(guān)白皮書下載：
·ST工業(yè)解決方案——stm32mp157a

關(guān)于Arm Cortex-M4 MCU的相關(guān)白皮書下載：

帶FPU的超低功耗80 Mhz Arm Cortex-M4 MCU

邊緣AI解決方案在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

在智能家居方面，它們可以幫助預(yù)測(cè)設(shè)備何時(shí)可能發(fā)生故障，從而在故障發(fā)生前進(jìn)行主動(dòng)維護(hù)。Edge AI解決方案，如智能運(yùn)動(dòng)傳感，可用于智能工廠和智能家居的各種設(shè)置。它們可以用于減少空置空間的能源消耗、優(yōu)化房間利用率和保護(hù)特定區(qū)域等。

ST公司研發(fā)出運(yùn)動(dòng)感應(yīng)應(yīng)用解決方案SL-SNMTS011601V1，利用邊緣AI識(shí)別人類活動(dòng)。這種使用人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模式算法的解決方案實(shí)時(shí)檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)，其通過無線連接在智能手機(jī)或手持電子設(shè)備上顯示活動(dòng)信息。該應(yīng)用程序使用超低功率、高精度LSM6DSL 6DoF慣性測(cè)量單元（IMU）來收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被發(fā)送到具有單精度浮點(diǎn)單元（FPU）和ST的自適應(yīng)實(shí)時(shí)加速器（ART accelerator?) 運(yùn)行基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的三種不同模式識(shí)別算法之一（FP-AI-SENSING1）用于實(shí)時(shí)人類活動(dòng)識(shí)別（HAR）。