أخبار الشركة عن استخدام الذكاء الاصطناعي لتصميم أجهزة استشعار حافة لبناء مصانع المستقبل

هناك العديد من الطرق لإضافة المزيد من الذكاء إلى الأنظمة الصناعية، بما في ذلك مطابقة المكونات التناظرية والرقمية مع أجهزة الاستشعار التي تتميز بالذكاء الاصطناعي (AI) على الحافة والسحابة.بسبب تنوع طرق الذكاء الاصطناعي، يحتاج مصممو أجهزة الاستشعار إلى النظر في متطلبات متعددة متضاربة ، بما في ذلك تأخير القرار ، واستخدام الشبكة ، واستهلاك الطاقة / عمر البطارية ، ونماذج الذكاء الاصطناعي المناسبة للآلة.ستتركز هذه المقالة على تقديم تطبيق أجهزة استشعار مراقبة المحركات الذكية الذكية والحلول ذات الصلة التي أطلقتها ADI.

يتم مراقبة صحة المحرك باستخدام أجهزة استشعار صناعية لاسلكية

مراقبة الحالة (CbM) على الروبوتات والآلات الدوارة (مثل التوربينات والمروحة والمضخات والمحركات) يمكن أن تسجل بيانات في الوقت الحقيقي المتعلقة بحالة الأجهزة وأدائها ،وبالتالي تمكين الصيانة التنبؤية المستهدفة والتحكم الأمثلالصيانة التنبؤية المستهدفة التي يتم تنفيذها في المرحلة الأولى من دورة حياة الآلة يمكن أن تقلل من خطر توقف الإنتاج ، وبالتالي تعزيز الموثوقية ،توفير التكاليف بشكل كبير وتحسين كفاءة الإنتاج في ورشة العمل في المصنعمراقبة الحالة (CbM) للآلات الصناعية يمكن أن تستخدم سلسلة من بيانات أجهزة الاستشعار، مثل القياسات الكهربائية، الاهتزاز، درجة الحرارة، جودة النفط، الصوت، الحقول المغناطيسية،وكذلك قياسات العملية مثل التدفق والضغطومع ذلك ، فإن قياس الاهتزاز هو الأكثر شيوعاً إلى حد بعيد لأنه يمكن أن يوفر المؤشر الأكثر موثوقية للمشاكل الميكانيكية ، مثل عدم التوازن وفشل اللوح.

في الوقت الحالي ، تعمل أجهزة الاستشعار الصناعية اللاسلكية في السوق عادةً في دورات عمل منخفضة للغاية. يحدد المستخدمون مدة نوم أجهزة الاستشعار. بعد انتهاء فترة النوم ، يتم تحديد مدة النوم.أجهزة الاستشعار تستيقظ لقياس درجة الحرارة والاهتزاز، ومن ثم يتم إرسال البيانات مرة أخرى إلى مجمع البيانات للمستخدم عن طريق إشارات الراديو.على أساس جمع البيانات مرة واحدة كل 24 ساعة أو عدة مرات كل 24 ساعة.

في معظم الحالات، يكون المستشعر في وضع النوم لأكثر من 90% من الوقت.ولكن يستخدم الكشف عن الشذوذ AI الحافة (مع ماكس78000 AI وحدة التحكم الدقيقة) للحد من استخدام الراديوعندما يستيقظ المستشعر ويقيس البيانات، فقط عندما يكتشف جهاز التحكم الصغير البيانات غير الطبيعيةمما يؤدي إلى تشخيص الجهاز والصيانة وإطالة عمر الخدمة للمحركباستخدام الذكاء الاصطناعي في الحافة، يمكن تمديد عمر البطارية بنسبة 50٪ على الأقل.

فوياجر4 هي منصة رصد حالة لاسلكية طورتها أجهزة Analog Devices (ADI) ، مصممة لمساعدة المطورين على نشر واختبار الحلول اللاسلكية بسرعة للآلات أو معدات الاختبار.يتم استخدام حلول مراقبة صحة الحركة مثل Voyager4 على نطاق واسع في الروبوتات، وكذلك في الآلات الدوارة مثل التوربينات والمروحة والمضخات والمحركات.

مبدأ عمل نظام أجهزة استشعار فوياجر4

يستخدم مستشعر فوياجر 4، جنبا إلى جنب مع نظام ADXL382 الرقمي الميكرو الكهروميكانيكي الرقمي ثلاثي المحاور 8 كيلو هرتز (MEMS) ، لجمع بيانات الاهتزاز.يتم إرسال بيانات الاهتزاز الخام إلى معالج MAX32666 Bluetooth ® (BLE) منخفض الطاقةيمكن إرسال البيانات إلى المستخدم عبر راديو BLE أو USB. تستخدم بيانات الاهتزاز الخام هذه لتدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتطورة باستخدام أداة MAX78000.

استخدم أداة ماكس 78000 لتوليف نموذج الذكاء الاصطناعي إلى رمز سييتم إرسال خوارزمية الذكاء الاصطناعي الحافة إلى مستشعر Voyager4 عبر تحديثات BLE اللاسلكية (OTA) وتخزينها في الذاكرة باستخدام معالج MAX78000 مع مسرع أجهزة AI الحافةبعد مرحلة التدريب الأولي لـ (فوياجر 4) ، يمكن إرسال بيانات MEMS ADXL382 على طول المسار.الخوارزمية الذكاء الاصطناعي حافة MAX78000 سوف تتوقع ما إذا كانت الآلة قد تعطلت أو تعمل بشكل طبيعي على أساس بيانات الاهتزازات التي تم جمعهاإذا كانت بيانات الاهتزاز طبيعية، لا حاجة لاستخدام جهاز الراديو MAX32666، وسيعود MEMS إلى وضع النوم. ومع ذلك، إذا كانت بيانات الاهتزاز المتوقعة غير صحيحة،سيتم إرسال إنذار الاهتزاز غير الطبيعي إلى المستخدم عبر BLE.

في نظام الأجهزة في فوياجر 4، فإن ADXL382 المعتمدة هي مقياس تسارع MEMS ذو 3 محاور مع كثافة ضوضاء منخفضة واستهلاك طاقة منخفض، مع مجموعة قياس قابلة للاختيار.هذا الجهاز يدعم ± 15g، ± 30g و ± 60g نطاقات القياس وكذلك عرض نطاق قياس واسع من 8 كيلو هرتز. ADG1634 هو مفتاح CMOS ذو قطب واحد مزدوج (SPDT) ،يستخدم لتوجيه بيانات الاهتزازات الخام MEMS إلى راديو MAX32666 BLE أو جهاز التحكم الأصغر MAX78000 AI، مع جهاز التحكم الصغير BLE المستخدم للتحكم في مفتاح SPDT. يتم توصيل العديد من الأجهزة الطرفية الأخرى إلى MAX32666 ،بما في ذلك مقياس البطارية MAX17262 لمراقبة تيار البطارية ومسجل التسارع ADXL367 MEMS ذات الطاقة المنخفضة للغايةيستخدم ADXL367 لإيقاظ أجهزة الراديو BLE من وضع النوم العميق أثناء أحداث الصدمة عالية الاهتزاز. في وضع الاستيقاظ المفعول بالحركة ، فإن استهلاك الطاقة له هو 180 nA فقط.يمكن لميكروكونترولر BLE نقل البيانات الخام من ADXL382 MEMS إلى المضيف عبر BLE أو USB من FTDI FT234XD-R.

مستشعر Voyager4 يعتمد الدائرة المتكاملة لإدارة الطاقة MAX20335 (PMIC)والذي يحتوي على جهازي تحكم خطي للتيار الهادئ المنخفض للغاية وثلاثة جهازات تحكم خطية للتيار الهادئ المنخفض للغاية (LDO). يمكن تمكين أو تعطيل فولتاجيات الخروج من كل LDO ومراقب الخطوة إلى أسفل بشكل مستقل ، ويمكن برمجة كل قيمة فولتاجي الخروج عبر I2C مع التكوين المسبق الافتراضي.يستخدم معالج BLE لتمكين أو تعطيل مخرج طاقة PMIC واحد لظروف عمل مختلفة Voyager4.

في وضع التدريب ، يجب على جهاز التحكم الصغير BLE أولاً أن يبلغ عن وجوده في شبكة BLE ثم إنشاء اتصال BLE مع مدير الشبكة. ثم ،Voyager4 ترسل بيانات ADXL382 MEMS الخام عبر شبكة BLE لتدريب خوارزميات الذكاء الاصطناعي على جهاز الكمبيوتر الخاص بالمستخدمبعد ذلك ، يعود مستشعر Voyager4 إلى وضع النوم العميق. في الوضع العادي (AI) ، يتم تعطيل إشارات الراديو BLE ووظائف الاتصال والبث بشكل افتراضي.سيستيقظ (ماكس78000) بانتظام ويعمل استنتاجات الذكاء الاصطناعيإذا لم يتم اكتشاف أي شذوذ، فوياجر 4 سيعود إلى وضع النوم العميق.

مجموعة تقييم Voyager4 (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) التي أطلقتها ADI تتضمن مكونات متعددة (LED ، مقاومة السحب) ، مما يسهل على العملاء إجراء التقييمات.هذه المكونات تولد تيار نوم عميق من 0.3 ميغاوات على خط الجهد LDO1OUT. يتم حساب متوسط استهلاك الطاقة لمجموعة تقييم Voyager4 بناءً على الفترة الزمنية بين الأحداث في النوم العميق والتدريب والأنماط العادية / الذكاء الاصطناعي.

ما يلي سيقدم لك مزيدا من الخصائص الوظيفية لهذه الأجهزة ذات الصلة.

أجهزة التحكم الصناعي الصناعي تمكن الشبكات العصبية من العمل في استهلاك طاقة منخفض للغاية على حافة إنترنت الأشياء

ماكس 78000 هو جهاز تحكم ذكي يستخدم مقياس تسارع للشبكة العصبية التشنجية ذات الطاقة المنخفضة للغايةهذا النوع الجديد من جهاز التحكم الذكي يسمح للشبكات العصبية للعمل في طاقة منخفضة جدا على حافة الإنترنت من الأشياءيجمع بين معالجة الذكاء الاصطناعي عالية الكفاءة مع جهاز التحكم المجهري "ماكسيم" ذو الطاقة المنخفضة للغايةحتى التطبيقات التي تعمل بالبطارية يمكن أن تؤدي استنتاج الذكاء الاصطناعي مع استهلاك الطاقة على مستوى ميكرو جولMAX78000 هو نظام متقدم على رقاقة يدمج قلب Arm® Cortex®-M4 مع وحدة معالجة مركزية FPU ويحقق التحكم الفعال في النظام من خلال تسريع الشبكة العصبية العميقة ذات الطاقة المنخفضة للغاية.هذا الجهاز يتبنى CTBGA 81 دبوس (8mm x 8mm، 0.8 ملم مسافة)

MAX32666 هو وحدة تحكم صغيرة منخفضة الطاقة تستند إلى ARM Cortex-M4 FPU مع Bluetooth 5 ، مناسبة للتطبيقات القابلة للارتداء.تم تصميم هذا الجيل الجديد من وحدات الميكروبات الالكترونية UB MCU لتلبية متطلبات التطبيقات المعقدة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات والمتصلة لاسلكياهذا جهاز التحكم الذكي مجهز بذاكرة أكبر من بين المنتجات المماثلة ويستخدم بنية ذاكرة يمكن توسيعها على نطاق واسع.الجهاز يتبنى تقنية الطاقة القابلة للارتداء، والتي يمكن أن تعمل لفترة طويلة ، وتكون متينة وقادرة على تحمل الهجمات الإلكترونية عالية المستوى. يتم تعبئة هذا الجهاز في 109 دبليو إل بي دبليو بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي بي.

ADXL382 هو مقياس تسارع MEMS ذو 3 محاور منخفضة الضوضاء ، منخفضة الطاقة ، واسع النطاق الترددي ، مع نطاقات قياس قابلة للاختيار ، تدعم نطاقات قياس ± 15g و ± 30g و ± 60g.ADXL382 يوفر مستويات الضوضاء الرائدة في الصناعة، مما يسمح بتطبيقات دقيقة مع الحد الأدنى من المعايرة.خصائصها منخفضة الضوضاء وانخفاض استهلاك الطاقة تسمح بقياس دقيق للإشارات الصوتية أو أصوات القلب حتى في بيئات عالية الاهتزازيمكن الإشارة إلى أسماء دبوس ADXL382 متعددة الوظائف فقط بواسطة وظائفها المتعلقة بواجهة الأجهزة المحيطية المتسلسلة (SPI) أو واجهة I2C ،أو من خلال وظائفهم الصوتية (تعديل كثافة النبضات (PDM)، I2S ، أو Time Division multiplexing (TDM)). يتوفر ADXL382 في حزمة LGA ذات 14 دبوسًا بطول 2.9mm × 2.8mm × 0.87mm.

حل كامل لمراقبة حالة الأصول اللاسلكية باستخدام الذكاء الاصطناعي

يمكن لـ Voyager4 استخدام الذكاء الاصطناعي الحدودي لمراقبة حالة الأصول اللاسلكية. وهو يستخدم أجهزة استشعار MEMS رقمية ثلاثية المحور ، بما في ذلك ADXL382 و ADXL367.هذا التصميم يشمل أيضا MAX32666 BLE و MAX78000 AIتمت إضافة أجهزة توفير الطاقة PMIC مرنة وتوفير مساحة PCB كمفاتيح الحمل لتعزيز تأثير توفير الطاقة للمستشعرات اللاسلكية. تتضمن كل مجموعة Voyager4 BLE 5.3 محول مع هوائي. تستخدم Voyager4 BLE ، لذلك فهي متوافقة مع أي جهاز كمبيوتر يحتوي على راديو Bluetooth. ومع ذلك ، لضمان أفضل أداء ومدى ، يوصى باستخدام محول عند التواصل مع Voyager4.

ADG1633 / ADG1634 هو 4.5Ω RON ، ثلاث / أربع قنوات واحد القطب مزدوج القذف (SPDT) ، ± 5V / + 12V / + 5V / + 3.3V.كل من ADG1633 و ADG1634 هي أجهزة التبديل التناظرية الصناعية CMOS (iCMOS®) ذات شريحة واحدةوهي مجهزة بثلاثة أو أربعة مفاتيح منفصلة ويمكن تحديها ذات قطب واحد مزدوج.يتم تجهيز جميع القنوات مع أول مفتوح وأخير إغلاق المفاتيح لمنع الدائرة القصيرة الفورية عند فتح أو إغلاق القنواتيوفر ADG1633 (حزم LFCSP و TSSOP) و ADG1634 (حزم LFCSP فقط) مدخلات EN لتمكين الأجهزة أو تعطيلها. يمكن لهيكل iCMOS ضمان استهلاك طاقة منخفض للغاية ،لذلك هذه الأجهزة مناسبة جدا لأدوات محمولة تعمل بالبطاريات.

ADXL367 هو مقياس تسريع MEMS مع استهلاك طاقة على مستوى نانومتر ، 3 محاور ، ± 2g / ± 4g / ± 8g خروج رقمي. عند معدل بيانات الخروج 100Hz ، فإنه يستهلك فقط 0.89 μA ،وفي وضع الاستيقاظ، فإنه يستهلك فقط 180 nA. على عكس مقاييس التسارع التي تحقق استهلاك الطاقة المنخفضة باستخدام دورة العمل الطاقة،ADXL367 لا يغير اسم إشارة الدخول من خلال أخذ عينات أقل ولكن بدلاً من ذلك يقوم بعرض عرض النطاق الترددي الكامل للمستشعر في جميع معدلات البياناتالـ ADXL367 متوفر في حزمة 2.2mm x 2.3mm x 0.87mm.

MAX17262 هو مقياس مستوى البطارية من خلية واحدة مع الكشف عن التيار المدمج. إنه مقياس مستوى البطارية مع أدنى معدل ذكاء في الصناعة،مع كاشف تيار متكامل وخوارزمية ModelGauge m5 EZ، مما يلغي الحاجة إلى تحليل خصائص البطارية. يمكن أن يراقب MAX17262 خلية بطارية واحدة ، ويدمج كاشف تيار داخلي ، ويمكن أن يكتشف تيار نبض يصل إلى 3.1A.تم تحسين IC لقياس البطارية مع قدرات تتراوح من 100mAhr إلى 6Ahr. يحتوي MAX17262 على حزمة صغيرة خالية من الرصاص ، 0.4 ملم ، 1.5 ملم × 1.5 ملم ، 9 أقلام مستوى الوافر (WLP).

MAX20335 هو PMIC صغير لأنظمة ليثيوم أيون، مجهزة بجهاز تنظيم التيار الكهربائي منخفض للغاية و شاحن البطارية.يحتوي على حل إدارة الطاقة الأمثل ويدعم أنظمة المراقبة لمدة 7 × 24 ساعة للأجهزة القابلة للارتداء وIoTحلول إدارة شحن البطارية MAX20335 مثالية لتطبيقات القابلة للارتداء منخفضة الطاقة.يتضمن الجهاز شاحن بطارية خطي مع خيار الطاقة الذكية ومجموعة متنوعة من الأجهزة الطرفية المثلى للطاقة. يستخدم MAX20335 36 كرة لحام ، ومسافة كرة لحام 0.4 مم ، وحزمة مستوى الوافر (WLP) بطول 2.72 ملم × 2.47 ملم.

الاستنتاج

الميكروكونترولر مع معسّر أجهزة الذكاء الاصطناعي المدمج يوفر عقدة مستشعرات لاسلكية مع قدرات صنع قرارات متفوقة وطول عمر البطارية.يمكن تمديد عمر البطارية بنسبة 50% على الأقليمكن أن يؤدي تحليل الوسائل المضمن في مستشعر الاهتزاز إلى تسريع دورة تطوير المستشعر وضمان التقاط بيانات الاهتزاز عالية الجودة من الأصول المراقبة.منصة مراقبة الحالة اللاسلكية Voyager4 التي أطلقتها ADI، جنبا إلى جنب مع حلول المكونات ذات الصلة، سيكون مساعدك الأفضل لإضافة الذكاء إلى الأنظمة الصناعية.