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【微型 AI 三日課程】MCU 硬體整合、感測技術與數位五感 AI 實戰

CAVEDU 阿吉 - 雜工📅 2026-02-12👁 45

課程介紹

本課程為專為嵌入式開發者設計的【微型 AI 全才班】,跳脫傳統僅使用 AI SDK 的限制,從 Raspberry Pi Pico W 的底層硬體控制紮根,結合先進的感測技術(電子鼻與電子舌),實踐微型機器學習(tinyML )技術,從資料收集、特徵提取到邊緣端部署的完整循環,打造具備「數位五感」的智慧終端裝置。

核心價值:
  • 硬體層:掌握 Raspberry Pi Pico W 的 GPIO、ADC 與 I2C 通訊協定。
  • 感測層:理解電子鼻(氣體)與電子舌(水質)的物理特性、校準與補償邏輯。
  • AI 層:實踐 tinyML 在微控制器上的地端推理(On-device Inference)技術。

課程包裝優勢

  • ? 結構完整:從第一天的「硬體底層」到第三天的「IoT/AI 雲端應用」,涵蓋最完整的嵌入式開發流程。
  • ? 專業感提升:強化基礎 MCU 開發能力,將本課程定位為真正的「嵌入式工程師實作班」,而非單純套件操作。
  • ? 設備利用率極高:充分發揮 Pico W 的多通道 ADC 與 Wi-Fi 優勢,實現具備商業潛力的數據監測方案。

使用軟硬體

  • ? 電子舌 : 利用Raspberry Pi Pico W 搭配水濁度和總溶解固體 (TDS) 感測器。
  • ? 電子鼻: 利用 Raspberry Pi Pico W 搭配多通道感測器和 MQ5。
  • ? 以上皆用 Edge Impulse AI 訓練模型網站

第一天:MCU 開發基礎與硬體訊號掌握

時段 課程模組與實作細節
上午課程 開發環境與訊號
1. Pico W 硬體架構與環境開發
  • RP2040 雙核心架構解析與內存管理
  • Arduino IDE 開發環境建置與序列埠(Serial)除錯技術
  • Pico W 腳位分配(Pinout)與基礎電路觀念
2. 數位與類比訊號控制實務
  • GPIO 數位控制(LED、外部按鈕輸入判斷)
  • PWM 脈寬調變應用:控制風扇排氣(建立感測氣流控制)
  • ADC 類比讀取:電壓值、解析度與感測器原始數值轉換
下午課程 通訊總線與監控
1. I2C 總線通訊與顯示技術
  • I2C 通訊協定原理:Master/Slave 架構與位址掃描
  • OLED 顯示器(SSD1306)驅動與自訂 UI 選單設計
  • 多感測器掃描(I2C Scanner)實務與衝突排除
2. 綜合實驗:即時感測器監控介面
  • 建立能在 OLED 上切換顯示不同通道數值的硬體介面
  • 實作數據平滑處理(Simple Moving Average)與異常過濾

第二天:嗅覺 AI - 氣體感測與 TinyML 建模

時段 課程模組與實作細節
上午課程 氣體感測與採集
1. 多通道氣體感測原理
  • GMXXX(多合一)與 MQ 系列感測器特性與選型分析
  • 重要流程:感測器預熱(Preheat)機制與環境穩定度檢測
  • 電子鼻數據的零點漂移(Zero Drift)補償演算法
2. Edge Impulse 數據工程
  • TinyML 專案建立:連接 Pico W 到 Edge Impulse Studio
  • 實戰數據採集:咖啡、香水、酒精的「氣味指紋」擷取
  • 數據清洗與標籤(Labeling)管理最佳實務
下午課程 模型訓練與部署
1. 特徵提取與神經網路訓練
  • 數位嗅覺的 DSP 處理:了解頻譜(Spectrogram)與時域特徵
  • 分類模型建構:權衡準確度與硬體限制(RAM/Flash 限制)
  • 使用 Data Explorer 進行特徵聚類分析
2. 地端推理部署(On-device Inference)
  • 將模型打包成 C++ Library 或 UF2 韌體
  • 離線辨識實作:在不連網情況下,讓 Pico W 即時辨識氣味分類

第三天:味覺 AI - 水分子分析與 IoT 整合

時段 課程模組與實作細節
上午課程 水質 AI 分析
1. 電子舌感測技術實務
  • TDS(總溶解固體)與濁度感測器訊號擷取
  • 環境影響校正:液體溫度補償與軟體校正邏輯
2. 味覺辨識模型與感測器融合
  • 採集多種液體數據(如:運動飲料、汁、純水)
  • 感測器融合(Sensor Fusion):嘗試合併嗅覺與味覺數據進行更高維度分類
下午課程 IoT 整合與結訓
1. Pico W 無線聯網應用
  • Wi-Fi 模式切換(Station / AP Mode)原理與設定
  • 建立輕量化 Web Server:在手機端即時觀看 AI 辨識結果
2. 專題整合:數位五感監測終端
  • 系統整合:電子鼻 + 電子舌 + 無線告警機制
  • 結訓分享:衛星 AI 應用探討與偏鄉水質監測展望

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