Über INSAIN
Idee
Die Idee hinter INSAIN (Interactive Sensor AI Network) ist es, ein vielseitig einsetzbares Sensornetzwerk mit möglichst kleinen und stromsparenden Sensorknoten, einer kleinen leistungsstarken Basisstation und der Möglichkeit einer Datenklassifikation mittels AI zur Verfügung zu stellen.
Zu Beginn war der spezifische Anwendungsfall noch nicht klar, es war nur klar, dass das Sensornetzwerk kabellos – per Funk – sowie auch kabelgebunden funktionieren sein soll. Außerdem sollte es möglich sein, flexibel die Anzahl der verwendeten Sensorknoten zu ändern.
Vor Allem im Bezug auf die zu messenden Daten wurde auf eine hohe Flexibilität Wert gelegt. Solche kleinen, stromsparenden Sensorknoten in Verbindung mit einer KI werden heutzutage in sehr vielen Bereichen eingesetzt und stellen daher ein Produkt mit sehr viel Potential dar. Um diese verschiedenen Bereiche bedienen zu können, muss es möglich sein, verschiedenste Sensorwerte aufzeichnen zu können.
Anwendung
Nachdem klar war, welche Anwendung mit INSAIN umgesetzt werden soll, ergab sich folgender grundsätzlicher Aufbau des Systems, wie in Abb. 1 zu sehen.
Ziel war es, mittels zunächst 6 Sensorknoten Bewegungsdaten eines Menschen zu messen, diese dann an die Basisstation zu senden und dort mittels eines neuronalen Netzes auszuwerten. Das Ergebnis sollte sein, dass es möglich ist zu erkennen, ob die Person geht, steht, sitzt, läuft oder liegt.
Sensor Knoten
Diese wurde selbst entwickelt und haben einen SensorTile von STM und einen Bluetooth 5 LE Chip von Silicon Labs an Board.
Als Verbindungsschnittstelle steht neben der drahtlosen Bluetooth Verbindung außerdem eine UART Schnittstelle zu Verfügung.
Die Sensor Knoten werden über einen Akku versorgt und können bei Bedarf in der Mitte durchgebrochen werden, falls das Bluetooth Modul nicht benötigt wird. Damit wird der Sensor Knoten um die Hälfte kleiner.
Standardmäßig hat ein Sensor Knoten folgende Sensoren an Board:
- Beschleunigungssensor
- Gyroscope
- Magnetometer
- Barometer
- Mikrofone
Zusätzlich wurde eine SPI Schnittstelle vorgesehen, mit der es möglich ist, beliebige Sensoren auf dem Sensor Knoten anzubringen.
Basisstation
Diese besteht aus einem Raspberry Pi 3 B+ und einer selbst entwickelten Aufsteckplatine. Diese wird benötigt, da der Raspberry standardmäßig kein Bluetooth 5 LE an Board hat. Auf dieser Platine befindet sich genau der selbe BT Chip wie auf den Knoten.
Der Bluetooth Chip und der Raspberry kommunizieren über eine UART Schnittstelle miteinander.
Außerdem wird ein Intel Movidius Neural Computing Stick als Hardware-Beschleuniger für die Berechnungen des neuronales Netzes verwendet. Dieser wird einfach an die USB 3.0 Schnittstelle des Raspberry angeschlossen.
Auf der Basisstation läuft ein Web-Server, auf dem man mit jedem internetfähigen Gerät zugreifen kann und sich die gemessenen Daten sowie die Ergebnisse der Klassifikation anzeigen lassen kann.