Diseño de estación acústica inteligente (ESAI)

Abstract

El objetivo será lograr diseñar e implementar un sistema de detección acústica autónomo que estará formado por un conjunto de nodos inteligentes interconectados con un servidor central que adquiere, almacena y procesa los datos transmitidos por estos nodos. Este procesamiento se llevará en última instancia por un modelo de Red Neuronal Convolucional (CNN) entrenado en la identificación y clasificación de sonido. Los nodos, denominados de ahora en adelante como estaciones o ESAIs, aprovecharán al máximo la capacidad de cómputo de bajo consumo y coste reducido de un microcontrolador. El sistema potencialmente puede ser capaz de detectar más de 500 tipos de sonidos, desde roturas de cristales, encendido de motores, sonido de maquinaría hasta decenas de sonidos asociados a los humanos y animales pasando por la clasificación de géneros musicales. Para la muestra del proyecto se ha limitado al alcance a la detección de 4 eventos. Los eventos a detectar incluyen la rotura de cristales (para reconocer intrusiones), el llanto de bebé (como monitor de bebé), la detección de pájaros y, finalmente, la detección de presencia humana (respiración, tos, habla, pisadas, silbido, etc.). Las estaciones serán capaces de operar como SoftAPs capaces de generar servidores y portales captivos locales y también como estaciones que se comunican mediante un protocolo ligero (MQTT) al servidor a través de un broker Mosquitto. Por otro lado el Servidor DJANGO se encargará de recibir, almacenar y procesar los paquetes de audio de la estación (mediante la CNN) y enviar el resultado de la inferencia a las mismas. También ofrecerá una experiencia al usuario para poder escuchar el sonido captado en tiempo real a la vez que visualiza los resultados de la inferencia. También se creará otra página web para poder configurar de nuevo los modos de operación de la estación, buscar actualizaciones o solicitar cambiar el punto de acceso al que la estación se va a conectar. Las estaciones contarán con funcionalidad OTA para poder actualizar o corregir su firmware de forma remota en cualquier momento. Las comunicaciones entre estaciones, broker y servidor se realizan con seguridad en la capa de transporte (SSL/TLS).