描述

偉大的思想?yún)f(xié)同工作，為人類創(chuàng)造了這一重要資產(chǎn)。從家庭使用到工業(yè)活動(dòng)，電力的發(fā)展和發(fā)電極大地改變了人們的生活。

盡管它在日常生活中非常重要，但可能很少有人會(huì)停下來思考沒有電的生活會(huì)是什么樣子。就像空氣和水一樣，人們傾向于將電視為理所當(dāng)然。

不可再生資源和可再生資源用于發(fā)電，但不可再生資源在燃燒發(fā)電時(shí)不能被替代并釋放二氧化碳和其他溫室氣體。

世界各國都在通過采用太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮軄硗苿?dòng)低碳未來。這是一個(gè)好兆頭，但我們可以通過為家庭和辦公室提供一個(gè)簡單的系統(tǒng)來改善這一點(diǎn)。

目標(biāo)/目的

太陽能在世界范圍內(nèi)使用并且是可再生的。近 74% 的能源需求由煤炭和天然氣供應(yīng)。可再生能源在確保低排放的可持續(xù)能源方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

光伏（PV）和光熱發(fā)電是兩種主要的太陽能發(fā)電技術(shù)。光伏轉(zhuǎn)換直接從光伏電池中的陽光發(fā)電。

在這個(gè)項(xiàng)目中，我將使用 SensiML 軟件來預(yù)測和分析給定光伏 (PV) 模塊在特定太陽輻射水平下的電壓輸出。

QuickFeather 板將由可充電電池 - 鋰離子電池供電。

硬件設(shè)置

QuickLogic QuickFeather 開發(fā)套件

QuickFeather開發(fā)套件是一個(gè)小型系統(tǒng)，非常適合支持下一代低功耗機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。與其他基于專有硬件和軟件工具的開發(fā)套件不同，QuickFeather 基于開源硬件，與 Adafruit Feather 外形兼容，并且圍繞 100% 開源軟件（包括 Symbiflow FPGA 工具）構(gòu)建。

QuickFeather 由 QuickLogic 的 EOS? S3 提供支持，這是首款完全支持 Zephyr RTOS 且支持 FPGA 的 Arm Cortex?-M4F MCU

6V 3.5W 太陽能電池板

我將在這個(gè)項(xiàng)目中使用 6V 3.5W 太陽能電池板。為防止損壞 QuickFeather 開發(fā)套件的 IO 端口，將使用分壓器。

光敏電阻

LDR 將用于測量光照水平，并假設(shè)光照水平與太陽輻照度水平成正比。

分壓器

代碼

對于這個(gè)項(xiàng)目，我們需要來自qorc-sdk github 存儲庫的 qf_ssi_app 。自述文件中提供了使用此存儲庫的說明。

您需要按照 qf_ssi_app 的自述文件中提供的說明來了解如何添加新傳感器。您不需要添加傳感器，但您必須讀取 IO 端口的模擬輸入，然后使用模擬讀數(shù)測量特定輻照度水平下的電壓。

Eclipse IDE

我將使用 Eclipse IDE 來構(gòu)建和調(diào)試這個(gè)項(xiàng)目。

為了設(shè)置 Eclipse IDE 環(huán)境，需要以下軟件工具和插件。

• ARM GCC 工具鏈可從 - https://developer.arm.com/open-source/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads下載
• GNU Make 程序版本 3.81 可從 - https://sourceforge.net/projects/gnuwin32/files/make/3.81下載

安裝到文件夾 C:\GnuWin32\

筆記：

請確保 PATH 包含“C:\GnuWin32\bin”作為第一個(gè)“make 實(shí)用程序”。

其他版本的 Make 可能與提供的 Makefile 一起“不起作用”。

• Eclipse IDE 可從 - https://projects.eclipse.org/projects/iot.embed-cdt/downloads下載
• 用于 Eclipse 的 ARM 交叉編譯器插件和 J-Link 調(diào)試器插件可從 - http://gnu-mcu-eclipse.netlify.com/v4-neon-updates獲得

為 QORC SDK 推薦的 Eclipse 是用于嵌入式 C/C++ 開發(fā)人員的 Eclipse IDE。

打開 Eclipse IDE，在主菜單上選擇 Window -> Preferences

在“首選項(xiàng)”對話框中，導(dǎo)航到 MCU ->“全局構(gòu)建工具路徑”

在安裝過程中按照上面的設(shè)置輸入 Build tools 文件夾位置為“C:\GnuWin32\bin”。

構(gòu)建設(shè)置：

在 Eclipse IDE 中，選擇要構(gòu)建的項(xiàng)目

在 Eclipse IDE 的主菜單中：

• 選擇項(xiàng)目 -> 屬性
• 從“ 的屬性>”對話框的左窗格中選擇 C/C++ Build。

在“構(gòu)建器設(shè)置”選項(xiàng)卡上

• 取消選擇“使用默認(rèn)構(gòu)建命令”
• 在構(gòu)建命令框中輸入以下內(nèi)容：

make -C ${workspace_loc:/${ProjName}}/../

點(diǎn)擊“C/C++ Build”下的子選項(xiàng)“Settings”

選擇“工具鏈”選項(xiàng)卡和下拉名稱選項(xiàng)并選擇

“用于 ARM 嵌入式處理器的 GNU 工具 (arm-none-eabi-gcc)”

• 從 C/C++ 構(gòu)建中選擇環(huán)境
• 雙擊PATH環(huán)境變量
• 將文件夾 C:\GnuWin32\bin 添加到 PATH 環(huán)境變量
• 將安裝 ARM GCC 工具鏈的文件夾添加到 PATH 環(huán)境變量中（例如，C:\Program Files (x86)\GNU Tools ARM Embedded\7 2017-q4-major\bin）
• 選擇項(xiàng)目->“構(gòu)建項(xiàng)目”
• 將 GCC_project/output/bin 文件夾中的 3 個(gè)輸出文件添加到虛擬文件夾 GCC_project/output/bin 中（否則您將無法在下一步中選擇項(xiàng)目）

將現(xiàn)有 Makefile GCC_Project 轉(zhuǎn)換為 Eclipse 項(xiàng)目

所有 QORC SDK 應(yīng)用程序都支持 Makefile，并且application_dir/GCC_Project/包含必要的 Makefile。

要將其轉(zhuǎn)換為 Eclipse 項(xiàng)目，可以執(zhí)行以下步驟：

• 在應(yīng)用eclipse_make_project程序的GCC_Project dir.
• 在應(yīng)用程序eclipse_custom_build_command.sh的GCC_Project dir.

將以下內(nèi)容復(fù)制到文件中：

#!/usr/bin/env bash

cd $1
echo $INSTALL_DIR
export PATH="$INSTALL_DIR/quicklogic-arch-defs/bin:$INSTALL_DIR/quicklogic-arch-defs/bin/python:$PATH"
source "$INSTALL_DIR/conda/etc/profile.d/conda.sh"
conda activate
make $2

保存文件，并將其標(biāo)記為可執(zhí)行文件chmod +x eclipse_custom_build_command.sh

• 打開 Eclipse 并選擇首選工作區(qū)。
• 從對話框中選擇，在下面選擇，然后單擊下一步。File -> New -> Project
New ProjectMakefile project with existing codeC++
• 在文本框中指定項(xiàng)目名稱（“使用您的首選名稱”）。在Project Name文本框中指定eclipse_make_project在步驟 [1] 中創(chuàng)建的路徑Existing Code Location同時(shí)保留C并C++選中選項(xiàng)中的選擇單擊完成Languages
ARM Cross GCCToolchain for Indexer Settings
• 將文件和文件夾添加到 Eclipse 虛擬文件系統(tǒng)

從 QORC SDK repo 目錄中選擇以下目錄：File Explorer

• BSP
• 哈爾
• 自由實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)
• 圖書館
• 任務(wù)

將選定的目錄拖放到 Eclipse IDE 中新創(chuàng)建的項(xiàng)目中。

放下后，File and Folder Operation會(huì)彈出一個(gè)對話框。

選擇Link to files and recreate folder structure with virtual folders選項(xiàng)。

確保Check the Create link locations relative to PROJECT_LOC選中該選項(xiàng)。

單擊確定。

任何其他 QORC SDK 目錄都可以以相同的方式添加到 eclipse 項(xiàng)目中。

• 創(chuàng)建名為“App”的虛擬文件夾。

確保在 Eclipse IDE 中選擇了新創(chuàng)建的項(xiàng)目

選擇File -> New -> Folder

指定文件夾名稱為App

單擊Advanced選項(xiàng)卡并確保選擇選項(xiàng)Folder is not located in the file system (Virtual Folder)

點(diǎn)擊Finish

從應(yīng)用程序目錄中選擇以下File Explorer目錄：

• GCC_項(xiàng)目
• 源代碼
• 公司

將選定的目錄拖放到AppEclipse IDE 中的新虛擬文件夾中。

現(xiàn)在，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)已準(zhǔn)備就緒。

在頭文件 sensor_ssss.h 中定義的宏文件中設(shè)置傳感器采樣率和通道數(shù)。

更新 sensor_ssss.cpp 中 json_string_sensor_config 的字符串值定義。

重復(fù)相同的過程以獲得光敏電阻的讀數(shù)。

為了讀取您的數(shù)據(jù)，請編輯 qf_ssi_ai_app 目錄中 dcl_import.ssf 文件中的配置。

為項(xiàng)目設(shè)置構(gòu)建配置

• 確保在 Eclipse IDE 中選擇了新創(chuàng)建的項(xiàng)目
• 選擇Project -> Properties

- 從左側(cè)窗格中選擇 C/C++ Build

選擇Builder Settings選項(xiàng)卡

取消選擇Use default build command

在文本框中輸入以下內(nèi)容：Build command

${workspace_loc:/${ProjName}}/../eclipse_custom_build_command.sh ${workspace_loc:/${ProjName}}/../

- 選擇Settings下的子選項(xiàng)C/C++ Build

選擇Toolchains選項(xiàng)卡和下拉Name選項(xiàng)并選擇GNU Tools for ARM Embedded Processors (arm-none-eabi-gcc)

- 選擇Environment下的子選項(xiàng)C/C++ Build

單擊選項(xiàng)Add，輸入NameasINSTALL_DIR和Valueas "Path to the FPGA Toolchain Installation Directory"（與常規(guī)設(shè)置相同）

點(diǎn)擊選項(xiàng)Add，輸入NameasPATH和Valueas"Path to the ARM GCC Toolchain Directory":"$INSTALL_DIR/install/bin:$INSTALL_DIR/install/bin/python:$PATH

點(diǎn)擊Apply and Close_Project Properties

• 右鍵單擊 中的項(xiàng)目Project Explorer，選擇Clean Project

您應(yīng)該能夠看到項(xiàng)目已成功清理。

CDT Build Console輸出看起來應(yīng)該與從命令行執(zhí)行時(shí)看到的相同。make clean

• 右鍵單擊 中的項(xiàng)目Project Explorer，選擇您應(yīng)該能夠看到項(xiàng)目構(gòu)建成功。輸出應(yīng)該與您從命令行執(zhí)行時(shí)看到的相同。Build Project
CDT Build Consolemake
• 從應(yīng)用程序的 GCC_Project/output/ 目錄中選擇 File Explorer 中的 bin 目錄。將所選目錄拖放到 Eclipse IDE 中的 App/GCC_Project/output/ 虛擬文件夾中

閃爍 Quickfeather 固件

1. 刷機(jī)的初始設(shè)置

確保您的系統(tǒng)上安裝了 Python。建議安裝 Python 3.6 或更新版本。

您將需要 QuickLogic 的 TinyFPGA Programmer 來刷新您的設(shè)備。設(shè)置計(jì)算機(jī)以刷新 QuickFeather 板的說明位于 qorc-sdk README 的實(shí)用程序部分。

當(dāng)您下載 TinyFPGA Programmer 時(shí)，您需要使用git從 github 克隆 repo。下載 repo 的 zip 版本可能會(huì)導(dǎo)致意外結(jié)果

2. QuickFeather 按鈕

QuickFeather 有兩個(gè)按鈕，USR（用戶）和 RST（重置）。它們用于閃爍。在下圖中，RST 以橙色突出顯示，USR 按鈕以紫色突出顯示。

3. 刷新文件

• 使用 USB 轉(zhuǎn) Micro-USB 電纜將 QuickFeather 板連接到計(jì)算機(jī)。
• 按下 QuickFeather 板上的“重置”按鈕。LED 將呈藍(lán)色閃爍五秒鐘。在 LED 仍閃爍藍(lán)色時(shí)按下“用戶”按鈕。按下“用戶”按鈕后，LED 將開始閃爍綠色。這意味著設(shè)備現(xiàn)在處于上傳模式。如果 LED 沒有閃爍綠色，請重復(fù)此步驟
• 當(dāng) LED 閃爍綠色時(shí)，通過運(yùn)行以下命令將數(shù)據(jù)收集二進(jìn)制程序編程到 QuickFeather 中：

python /Your-directory-path-to-TinyFPGA-Programmer/tinyfpga-programmer-gui.py --port COMX --m4app /Your-directory-path-to-binary/your-binary-file.bin --mode m4
# Replace COMX with your own device COM port number.
# Replace /Your-directory-path-to-TinyFPGA-Programmer/ and /Your-directory-path-to-binary/ with your computer's file path locations.
# Replace your-binary-file.bin with the name of the file you are flashing.

• 編程完成后，按下“重置”按鈕 LED 應(yīng)呈藍(lán)色閃爍 5 秒鐘并加載選定的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序加載完成后，LED 將關(guān)閉。重置開發(fā)板以開始運(yùn)行 qf_ssi_app 應(yīng)用程序。

QuickFeather 簡單流式傳輸

串口設(shè)置

默認(rèn)情況下，QuickFeather 固件的 Simple Streaming 版本使用硬件 UART。這意味著必須使用 USB 轉(zhuǎn) TTL 串行適配器（或另一個(gè) Feather/Wing 進(jìn)行通信）

為了使用 qf_ssi_ai_app 固件查看數(shù)據(jù)收集和識別輸出，必須對適配器進(jìn)行相應(yīng)接線。該適配器將 RXD 插入到引腳 2（白線，橙色框），將 TXD 插入到 J3 上的引腳 3（綠線，紫色框）。

然后您可以在 460800 的 Tera Term、PuTTy 或其他串口程序中打開該端口來測試連接。我已經(jīng)在討論區(qū)尋求幫助。

未來更新

• 由于斯里蘭卡目前的封鎖，我無法購買 Adafruit Huzzah32 - ESP32 Feather 板。

未來，我想：

• 將此板與 QuickFeather 開發(fā)套件一起使用，并將此 POC 轉(zhuǎn)變?yōu)?IoT POC。
• 在各種情況下測試機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并將可變數(shù)據(jù)輸入機(jī)器學(xué)習(xí)模型以提高其準(zhǔn)確性。
• 用更高的采樣頻率試驗(yàn)我的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。
• 通過顯示太陽能電池板電壓輸出來改進(jìn)我的項(xiàng)目。
• 添加一個(gè)系統(tǒng)來存儲和利用太陽能而不是市電。
• 找到一種自動(dòng)為為 QuickFeather 開發(fā)板供電的鋰離子電池充電的方法。