设计一款专为鸟类设计的喂食器，由 Arduino UNO Q 供电

我们的鸟食器总是遭到松鼠、金花鼠以及其他非鸟类动物的频繁侵扰——以至于“鸟食器”这个名称几乎都不合适了。所以我想利用 Arduino UNO Q 强大的物体检测功能来制作一个只供鸟类使用的食器。

开始步骤

UNO Q 的使用灵活性极高，因为它既可以像普通的 Arduino 开发板在 PC 主机模式下直接连接到您的电脑上，也可以在网络模式下进行远程连接，甚至还能在单板计算机模式下成为一台完整的计算机。完成初始设置后，我通过 USB-C 集线器连接了键盘、鼠标和显示器，并直接在设备上探索了 UNO Q 的开发环境——App Lab。摄像头检测物体的示例听起来与我的构想非常契合，所以我连接了一个 USB 摄像头并进行了测试。

“在摄像头上检测物体”这个示例使用了 App Lab 的“视频对象检测”模块，它为您的项目添加了拖拽式对象检测功能。我对该预训练模型的速度和准确性印象深刻，它内部使用了 Edge Impulse 的 FOMO(更快的物体，更多的物体)机器学习算法。我原本期望需要自己训练模型，但使用 yolox-object-detection 并结合视频对象检测模块能够可靠地检测出鸟类，为我节省了大量的工作量!我发现该对象检测算法将板子推到了极限，使得在 SBC 模式下运行时难以与图形用户界面进行交互，但将屏幕分辨率降低到 1280×720 似乎有所帮助。

利用双脑模式

虽然 UNO Q 可以作为单板计算机(SBC)使用，但它还配备了一个 STM32 微控制器(MCU)，其与常见的 Arduino 开发板中的“大脑”部分更为相似。这便于与传感器和执行器进行交互，并且桥接库使得 SBC 和 MCU 能够进行通信，例如通过与 MCU 连接的引脚响应 Linux 部分通过网络摄像头检测到的内容来移动一个伺服电机。

一个简单的 Python 脚本会启动检测过程，并在检测到物体时执行一个回调函数：

当检测到鸟类时会调用“bird_detected()”函数，而当检测到任何物体时则会调用“anything_detected()”函数，这样便于进行调试，并能更清楚地了解摄像头所拍摄到的内容。两者都使用“print()”来表明它们已被触发，但“bird_detected()”还会通过“Bridge”调用项目中“Arduino 代码部分”的“bird()”函数。

除了将“鸟!”这一信息输出到串行监视器以表明该函数已执行完毕之外，bird() 函数还会对连接到数字引脚 D9 的一个舵机进行 5 次扫描操作，这会将种子通过储物槽中的一个隔板推出来，供检测到的鸟儿食用。

既然我的应用程序已按预期正常运行，我就在“应用实验室”中将其设置为开机自动启动，并且断开了键盘、鼠标和显示器的连接。

实地测试

由于我在户外时很难让任何鸟类或金花鼠在镜头前摆姿势，所以我便打印了一些照片，并将它们举到镜头前。这些照片效果不错，但由于伺服器被嵌入到了鸟食器内部，我之前用作指示设备正常运行的那声嗡嗡声变得变得模糊不清了。起初，我使用我心爱的 Openterface Mini-KVM 来监控这个项目，但最终我希望它能够无需任何计算机设备连接就能运行，于是决定利用 UNO Q 的 8×13 液晶矩阵来帮助传达应用程序的状态。通过使用 LED 矩阵绘制器示例，我绘制了粗糙的鸟和 X 像素艺术，并将生成的六边形数组添加到我的草图中：

随后，我使用了“loadFrame()”函数，在检测到鸟类时显示鸟类图形，而在没有检测到时则显示“X”。这样就便于从远处判断检测结果是否准确了。

注意：专为 UNO R4 的 8×12 液晶矩阵设计的出色网络版 LED 矩阵编辑器并不适用于 UNO Q。

结果与结论

使用 YOLOX 检测技术结合视频对象检测模块，即可立即实现无需额外训练即可达到的精准鸟类识别功能，相比训练自定义模型而言，节省了大量时间。UNO Q 的双脑 SBC/MCU 架构使得在 Linux 端对检测结果做出响应来驱动伺服电机变得十分容易。如果您想亲自尝试一下，只需将 USB 摄像头和带电源的 USB-C 集线器连接到 UNO Q 上，将一个伺服电机连接到 5V/GND/D9 端子，并将我的 GitHub 仓库压缩包导入 App Lab 即可。我简直被自己能够如此迅速且轻松地实现这个想法的能力所震撼!

下一步措施/未来改进措施

尽管我之前使用预制模型已经取得了成功，但我仍想利用当地的动物来训练自己的模型——或许不必排除松鼠和金丝雀，而是可以在检测到它们时为它们提供单独的食物，使用第二个伺服电机和种子储存器即可。或者反其道而行之，实施某种威慑措施!我希望能用激光切割的亚克力材料替换纸板储存器的侧壁/伺服电机安装座，并改进种子舀取装置，使其比使用简单的伺服臂的装置更有效。此外，使用外部电源为伺服电机供电也是一种最佳实践，而不是直接使用板子供电。为抵御恶劣天气并可能在夜间访客被检测到时提供小灯，这些措施都能进一步延长设备的实用性。

代码

本文编译自hackster.io