कंपनी की खबर भविष्य के कारखानों के निर्माण के लिए एज सेंसर डिज़ाइन करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता का उपयोग करें

औद्योगिक प्रणालियों में अधिक बुद्धिमत्ता जोड़ने के कई तरीके हैं, जिनमें एज और क्लाउड आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस (एआई) वाले सेंसर के साथ एनालॉग और डिजिटल घटकों का मिलान करना शामिल है। एआई विधियों की विविधता के कारण, सेंसर डिजाइनरों को निर्णय में देरी, नेटवर्क उपयोग, बिजली की खपत/बैटरी लाइफ और मशीन के लिए उपयुक्त एआई मॉडल सहित कई परस्पर विरोधी आवश्यकताओं पर विचार करने की आवश्यकता है। यह लेख बुद्धिमान एआई वायरलेस मोटर मॉनिटरिंग सेंसर और एडीआई द्वारा लॉन्च किए गए संबंधित समाधानों के अनुप्रयोग को पेश करने पर ध्यान केंद्रित करेगा।

वायरलेस औद्योगिक सेंसर का उपयोग करके मोटर स्वास्थ्य निगरानी की जाती है

रोबोट और घूर्णन मशीनरी (जैसे टर्बाइन, पंखे, पंप और मोटर) पर कंडीशन मॉनिटरिंग (सीबीएम) मशीनों के स्वास्थ्य और प्रदर्शन से संबंधित वास्तविक समय का डेटा रिकॉर्ड कर सकती है, जिससे लक्षित भविष्य कहनेवाला रखरखाव और अनुकूलित नियंत्रण सक्षम होता है। मशीन के जीवन चक्र के शुरुआती चरण में किया गया लक्षित भविष्य कहनेवाला रखरखाव उत्पादन डाउनटाइम के जोखिम को कम कर सकता है, जिससे विश्वसनीयता बढ़ती है, लागत में काफी बचत होती है और फैक्ट्री वर्कशॉप में उत्पादन दक्षता में सुधार होता है। औद्योगिक मशीनों की कंडीशन मॉनिटरिंग (सीबीएम) सेंसर डेटा की एक श्रृंखला का उपयोग कर सकती है, जैसे विद्युत माप, कंपन, तापमान, तेल की गुणवत्ता, ध्वनिकी, चुंबकीय क्षेत्र, साथ ही प्रवाह और दबाव जैसे प्रक्रिया माप। हालाँकि, कंपन माप अब तक सबसे आम है क्योंकि यह यांत्रिक समस्याओं, जैसे असंतुलन और बेयरिंग विफलता का सबसे विश्वसनीय संकेत प्रदान कर सकता है।

वर्तमान में, बाजार में वायरलेस औद्योगिक सेंसर आमतौर पर बेहद कम ड्यूटी चक्र पर काम करते हैं। उपयोगकर्ता सेंसर की नींद की अवधि निर्धारित करते हैं। नींद की अवधि समाप्त होने के बाद, सेंसर तापमान और कंपन को मापने के लिए जागृत होते हैं, और फिर डेटा को रेडियो संकेतों के माध्यम से उपयोगकर्ता के डेटा एग्रीगेटर को वापस भेज दिया जाता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेंसर आमतौर पर हर 24 घंटे में एक बार या हर 24 घंटे में कई बार डेटा एकत्र करने के आधार पर पांच साल की बैटरी लाइफ का दावा करते हैं।

ज्यादातर मामलों में, सेंसर 90% से अधिक समय तक स्लीप मोड में रहता है। एडीआई के वॉयजर4 सेंसर को एक उदाहरण के रूप में लें। यह इसी तरह से काम करता है, लेकिन रेडियो के उपयोग को सीमित करने के लिए एज एआई विसंगति का पता लगाने (MAX78000 AI माइक्रो कंट्रोलर के साथ) का उपयोग करता है। जब सेंसर जागृत होता है और डेटा मापता है, तो केवल तभी जब माइक्रो कंट्रोलर असामान्य डेटा का पता लगाता है, तो वह डेटा को उपयोगकर्ता को वापस भेजेगा, जिससे मशीन का निदान और रखरखाव शुरू हो जाएगा और मोटर का सेवा जीवन बढ़ जाएगा। एज पर एआई का उपयोग करके, बैटरी लाइफ को कम से कम 50% तक बढ़ाया जा सकता है।

वॉयजर4 एनालॉग डिवाइसेस (एडीआई) द्वारा विकसित एक वायरलेस कंडीशन मॉनिटरिंग प्लेटफॉर्म है, जिसे डेवलपर्स को मशीनों या परीक्षण उपकरणों के लिए वायरलेस समाधानों को जल्दी से तैनात और परीक्षण करने में मदद करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वॉयजर4 जैसे मोटर स्वास्थ्य निगरानी समाधानों का व्यापक रूप से रोबोट में उपयोग किया जाता है, साथ ही टर्बाइन, पंखे, पंप और मोटर जैसी घूर्णन मशीनरी में भी उपयोग किया जाता है।

वॉयजर4 सेंसर सिस्टम का कार्य सिद्धांत

वॉयजर4 सेंसर, ADXL382 तीन-अक्ष 8 kHz डिजिटल माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (MEMS) के संयोजन में, कंपन डेटा एकत्र करने के लिए उपयोग किया जाता है। सबसे पहले, कच्चे कंपन डेटा को MAX32666 लो-पावर ब्लूटूथ ® (BLE) प्रोसेसर में प्रेषित किया जाता है। डेटा को BLE रेडियो या USB के माध्यम से उपयोगकर्ता को भेजा जा सकता है। इन कच्चे कंपन डेटा का उपयोग MAX78000 टूल के साथ एज एआई एल्गोरिदम को प्रशिक्षित करने के लिए किया जाता है।

एआई मॉडल को सी कोड में संश्लेषित करने के लिए MAX78000 टूल का उपयोग करें। एज एआई एल्गोरिदम को BLE वायरलेस (ओटीए) अपडेट के माध्यम से वॉयजर4 सेंसर को भेजा जाता है और एज एआई हार्डवेयर एक्सेलेरेटर के साथ MAX78000 प्रोसेसर का उपयोग करके मेमोरी में संग्रहीत किया जाता है। वॉयजर4 के प्रारंभिक प्रशिक्षण चरण के बाद, ADXL382 MEMS डेटा को पथ के साथ प्रेषित किया जा सकता है। MAX78000 एज एआई एल्गोरिदम भविष्यवाणी करेगा कि मशीन में खराबी आई है या वह सामान्य रूप से काम कर रही है या नहीं, एकत्र किए गए कंपन डेटा के आधार पर। यदि कंपन डेटा सामान्य है, तो MAX32666 रेडियो का उपयोग करने की कोई आवश्यकता नहीं है, और MEMS स्लीप मोड में वापस आ जाएगा। हालाँकि, यदि अनुमानित कंपन डेटा गलत है, तो BLE के माध्यम से उपयोगकर्ता को एक असामान्य कंपन अलर्ट भेजा जाएगा।

वॉयजर4 के हार्डवेयर सिस्टम में, अपनाए गए ADXL382 एक 3-अक्ष MEMS एक्सेलेरोमीटर है जिसमें कम शोर घनत्व और कम बिजली की खपत है, जिसमें एक चयन योग्य माप सीमा है। यह डिवाइस ± 15g, ± 30g और ± 60g माप सीमाओं के साथ-साथ 8 kHz की एक विस्तृत माप बैंडविड्थ का समर्थन करता है। ADG1634 एक सिंगल-पोल डबल-थ्रो (SPDT) CMOS स्विच है, जिसका उपयोग MEMS कच्चे कंपन डेटा को MAX32666 BLE रेडियो या MAX78000 AI माइक्रो कंट्रोलर पर रूट करने के लिए किया जाता है, जिसमें BLE माइक्रो कंट्रोलर का उपयोग SPDT स्विच को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। MAX32666 से कई अन्य परिधीय जुड़े हुए हैं, जिनमें बैटरी करंट की निगरानी के लिए MAX17262 बैटरी गेज और अल्ट्रा-लो पावर ADXL367 MEMS एक्सेलेरोमीटर शामिल हैं। ADXL367 का उपयोग उच्च-कंपन शॉक घटनाओं के दौरान डीप स्लीप मोड से BLE रेडियो को जगाने के लिए किया जाता है। मोशन-एक्टिवेटेड वेक मोड में, इसकी बिजली की खपत केवल 180 nA है। BLE माइक्रो कंट्रोलर ADXL382 MEMS के कच्चे डेटा को BLE या FTDI FT234XD-R के USB के माध्यम से होस्ट में स्थानांतरित कर सकता है।

वॉयजर4 सेंसर MAX20335 पावर मैनेजमेंट इंटीग्रेटेड सर्किट (PMIC) को अपनाता है, जिसमें दो अल्ट्रा-लो क्विसेंट करंट स्टेप-डाउन रेगुलेटर और तीन अल्ट्रा-लो क्विसेंट करंट लो-ड्रॉपआउट (LDO) लीनियर रेगुलेटर हैं। प्रत्येक LDO और स्टेप-डाउन रेगुलेटर के आउटपुट वोल्टेज को स्वतंत्र रूप से सक्षम या अक्षम किया जा सकता है, और प्रत्येक आउटपुट वोल्टेज मान को डिफ़ॉल्ट प्री-कॉन्फ़िगरेशन के साथ I2C के माध्यम से प्रोग्राम किया जा सकता है। BLE प्रोसेसर का उपयोग विभिन्न वॉयजर4 वर्किंग मोड के लिए एक ही PMIC पावर आउटपुट को सक्षम या अक्षम करने के लिए किया जाता है।

प्रशिक्षण मोड में, BLE माइक्रो कंट्रोलर को पहले BLE नेटवर्क में अपनी उपस्थिति को सूचित करना होगा और फिर नेटवर्क मैनेजर के साथ BLE कनेक्शन स्थापित करना होगा। फिर, वॉयजर4 उपयोगकर्ता के पीसी पर एआई एल्गोरिदम को प्रशिक्षित करने के लिए BLE नेटवर्क के माध्यम से कच्चे ADXL382 MEMS डेटा को प्रसारित करता है। उसके बाद, वॉयजर4 सेंसर डीप स्लीप मोड में वापस आ जाता है। सामान्य (एआई) मोड में, BLE रेडियो सिग्नलिंग, कनेक्शन और ट्रांसमिशन फ़ंक्शन डिफ़ॉल्ट रूप से अक्षम होते हैं। MAX78000 नियमित रूप से जागेगा और एआई अनुमान चलाएगा। यदि कोई विसंगति का पता नहीं चलता है, तो वॉयजर4 डीप स्लीप मोड में वापस आ जाएगा।

एडीआई द्वारा लॉन्च किया गया वॉयजर4 मूल्यांकन किट (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) में कई घटक (एलईडी, पुल-अप रेसिस्टर) शामिल हैं, जिससे ग्राहकों के लिए मूल्यांकन करना सुविधाजनक हो जाता है। ये घटक LDO1OUT वोल्टेज रेल पर 0.3 mW का डीप स्लीप करंट उत्पन्न करते हैं। वॉयजर4 मूल्यांकन सूट की औसत बिजली की खपत की गणना डीप स्लीप, प्रशिक्षण और सामान्य/एआई मोड में घटनाओं के बीच के समय अंतराल के आधार पर की जाती है।

निम्नलिखित में आपको इन संबंधित उपकरणों की कार्यात्मक विशेषताओं के बारे में और बताया जाएगा।

एआई माइक्रो कंट्रोलर इंटरनेट ऑफ थिंग्स के एज पर अल्ट्रा-लो पावर खपत पर न्यूरल नेटवर्क को सक्षम करते हैं

MAX78000 एक एआई माइक्रो कंट्रोलर है जो अल्ट्रा-लो पावर कनवल्शनल न्यूरल नेटवर्क एक्सेलेरोमीटर को अपनाता है। इस नए प्रकार का एआई माइक्रो कंट्रोलर न्यूरल नेटवर्क को इंटरनेट ऑफ थिंग्स के एज पर अल्ट्रा-लो पावर पर संचालित करने में सक्षम बनाता है, जो उच्च-दक्षता वाले एआई प्रोसेसिंग को सिद्ध मैक्सिम अल्ट्रा-लो पावर माइक्रो कंट्रोलर के साथ जोड़ता है। इस हार्डवेयर-आधारित कनवल्शनल न्यूरल नेटवर्क (CNN) एक्सेलेरेटर के साथ, यहां तक कि बैटरी से चलने वाले एप्लिकेशन भी माइक्रो जूल स्तर पर बिजली की खपत के साथ एआई अनुमान लगा सकते हैं। MAX78000 एक उन्नत सिस्टम-ऑन-चिप है जो एक FPU CPU के साथ एक Arm® Cortex®-M4 कोर को एकीकृत करता है और अल्ट्रा-लो पावर डीप न्यूरल नेटवर्क एक्सेलेरेटर के माध्यम से कुशल सिस्टम नियंत्रण प्राप्त करता है। यह डिवाइस 81-पिन CTBGA (8mm x 8mm, 0.8mm पिच) पैकेज को अपनाता है।

MAX32666 ब्लूटूथ 5 के साथ एक कम-पावर ARM Cortex-M4 FPU-आधारित माइक्रो कंट्रोलर है, जो पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। इस नई पीढ़ी के यूबी एमसीयू का डिज़ाइन बैटरी से चलने वाले और वायरलेस रूप से जुड़े उपकरणों की जटिल अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए है। यह बुद्धिमान नियंत्रक समान उत्पादों में एक बड़ी मेमोरी से लैस है और एक मेमोरी आर्किटेक्चर को अपनाता है जिसे बड़े पैमाने पर विस्तारित किया जा सकता है। डिवाइस पहनने योग्य पावर तकनीक को अपनाता है, जो लंबे समय तक संचालित हो सकता है, टिकाऊ हो सकता है और उच्च-स्तरीय साइबर हमलों का सामना करने में सक्षम है। यह डिवाइस 109-पिन WLP (0.35mm पिच) और 121-पिन CTBGA (0.65mm पिच) में पैक किया गया है।

ADXL382 एक कम-शोर, कम-पावर, वाइड-बैंडविड्थ, 3-अक्ष MEMS एक्सेलेरोमीटर है जिसमें चयन योग्य माप सीमाएँ हैं, जो ± 15g, ± 30g और ± 60g माप सीमाओं का समर्थन करता है। ADXL382 उद्योग-अग्रणी शोर स्तर प्रदान करता है, जो न्यूनतम अंशांकन के साथ सटीक अनुप्रयोगों को सक्षम करता है। इसके कम शोर और कम बिजली की खपत की विशेषताएं उच्च-कंपन वातावरण में भी ऑडियो सिग्नल या हृदय ध्वनियों के सटीक माप की अनुमति देती हैं। ADXL382 के बहु-कार्यात्मक पिन नामों को केवल सीरियल परिधीय इंटरफ़ेस (SPI) या I2C इंटरफ़ेस से संबंधित उनके कार्यों द्वारा, या उनके ऑडियो फ़ंक्शन (पल्स घनत्व मॉड्यूलेशन (PDM), I2S, या टाइम डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (TDM)) द्वारा संदर्भित किया जा सकता है। ADXL382 2.9mm x 2.8mm x 0.87mm के 14-पिन LGA पैकेज में उपलब्ध है।

एज एआई का उपयोग करके वायरलेस एसेट स्थिति निगरानी के लिए एक संपूर्ण समाधान

वॉयजर4 वायरलेस एसेट स्थिति निगरानी के लिए एज एआई का उपयोग कर सकता है। यह ADXL382 और ADXL367 सहित तीन-अक्ष डिजिटल आउटपुट MEMS सेंसर का उपयोग करता है। इस डिज़ाइन में MAX32666 BLE और MAX78000 AI माइक्रो कंट्रोलर भी शामिल हैं। वायरलेस सेंसर के ऊर्जा-बचत प्रभाव को बढ़ाने के लिए लोड स्विच के रूप में लचीले और पीसीबी-स्पेस-सेविंग पीएमआईसी पावर सप्लाई डिवाइस जोड़े गए हैं। प्रत्येक वॉयजर4 किट में एक एंटीना के साथ एक BLE 5.3 एडाप्टर शामिल है। वॉयजर4 BLE का उपयोग करता है, इसलिए यह ब्लूटूथ रेडियो वाले किसी भी पीसी के साथ संगत है। हालाँकि, सर्वोत्तम प्रदर्शन और रेंज सुनिश्चित करने के लिए, वॉयजर4 के साथ संचार करते समय एक एडाप्टर का उपयोग करने की अनुशंसा की जाती है।

ADG1633/ADG1634 एक 4.5Ω RON, तीन/चार-चैनल सिंगल-पोल डबल-थ्रो (SPDT), ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3.3V स्विच है। ADG1633 और ADG1634 दोनों सिंगल-चिप इंडस्ट्रियल CMOS (iCMOS®) एनालॉग स्विच हैं। यह क्रमशः तीन या चार स्वतंत्र और चयन योग्य सिंगल-पोल डबल-थ्रो स्विच से लैस है। सभी चैनल चैनलों को खोलने या बंद करते समय तात्कालिक शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए पहले-खुले और अंतिम-बंद स्विच से लैस हैं। ADG1633 (LFCSP और TSSOP पैकेज) और ADG1634 (केवल LFCSP पैकेज) उपकरणों को सक्षम या अक्षम करने के लिए EN इनपुट प्रदान करते हैं। iCMOS संरचना बेहद कम बिजली की खपत सुनिश्चित कर सकती है, इसलिए ये डिवाइस पोर्टेबल बैटरी से चलने वाले उपकरणों के लिए बहुत उपयुक्त हैं।

ADXL367 नैनोमीटर-स्तर की बिजली की खपत, 3-अक्ष, ± 2g /± 4g /± 8g डिजिटल आउटपुट वाला एक MEMS एक्सेलेरोमीटर है। 100Hz की आउटपुट डेटा दर पर, यह केवल 0.89 µA की खपत करता है, और एक्शन-ट्रिगर वेक-अप मोड में, यह केवल 180 nA की खपत करता है। उन एक्सेलेरोमीटर के विपरीत जो पावर ड्यूटी साइकिल का उपयोग करके कम बिजली की खपत प्राप्त करते हैं, ADXL367 अंडर-सैंपलिंग के माध्यम से इनपुट सिग्नल को एलियासिंग नहीं करता है, बल्कि सभी डेटा दरों पर सेंसर की पूरी बैंडविड्थ का नमूना लेता है। ADXL367 2.2mm x 2.3mm x 0.87mm पैकेज में उपलब्ध है।

MAX17262 एक 5.2µA, ModelGauge m5 EZ सिंगल-सेल बैटरी लेवल गेज है जिसमें बिल्ट-इन करंट डिटेक्शन है। यह उद्योग में सबसे कम IQ वाला बैटरी लेवल गेज है, जिसमें एक एकीकृत करंट डिटेक्टर और ModelGauge m5 EZ एल्गोरिदम है, जो बैटरी विशेषता विश्लेषण की आवश्यकता को समाप्त करता है। MAX17262 एक ही बैटरी सेल की निगरानी कर सकता है, एक आंतरिक करंट डिटेक्टर को एकीकृत करता है, और 3.1A तक के पल्स करंट का पता लगा सकता है। IC को 100mAhr से 6Ahr तक की क्षमता वाले बैटरी मीटरिंग के लिए अनुकूलित किया गया है। MAX17262 में एक छोटा, लीड-फ्री, 0.4mm सोल्डर पिच, 1.5mm x 1.5mm, 9-पिन वेफर-लेवल पैकेज (WLP) है।

MAX20335 लिथियम-आयन सिस्टम के लिए एक छोटा PMIC है, जो एक अल्ट्रा-लो IQ वोल्टेज रेगुलेटर और बैटरी चार्जर से लैस है। इसमें एक अनुकूलित पावर मैनेजमेंट सॉल्यूशन है और पहनने योग्य और IoT के लिए 7 x 24-घंटे मॉनिटरिंग सिस्टम का समर्थन करता है। MAX20335 बैटरी चार्जिंग मैनेजमेंट सॉल्यूशन कम-पावर पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए आदर्श है। डिवाइस में एक इंटेलिजेंट पावर सेलेक्टर और विभिन्न प्रकार के पावर-ऑप्टिमाइज़्ड परिधीय के साथ एक लीनियर बैटरी चार्जर शामिल है। MAX20335 36 सोल्डर बॉल, 0.4mm सोल्डर बॉल पिच और 2.72mm x 2.47mm का वेफर-लेवल पैकेज (WLP) अपनाता है।

निष्कर्ष

एकीकृत एआई हार्डवेयर एक्सेलेरेटर वाला माइक्रो कंट्रोलर वायरलेस सेंसर नोड्स को बेहतर निर्णय लेने की क्षमता और लंबी बैटरी लाइफ प्रदान करता है। एज पर एआई का उपयोग करके, बैटरी लाइफ को कम से कम 50% तक बढ़ाया जा सकता है। कंपन सेंसर में शामिल मोडल विश्लेषण सेंसर विकास चक्र को गति दे सकता है और निगरानी किए गए एसेट्स से उच्च-गुणवत्ता वाले कंपन डेटा को कैप्चर करना सुनिश्चित कर सकता है। एडीआई द्वारा लॉन्च किया गया वॉयजर4 वायरलेस कंडीशन मॉनिटरिंग प्लेटफॉर्म, संबंधित घटक समाधानों के साथ, औद्योगिक प्रणालियों में बुद्धिमत्ता जोड़ने के लिए आपका सबसे अच्छा सहायक होगा।