産業システムにより多くのインテリジェンスを加える方法はたくさんあります. アナログとデジタルなコンポーネントを エッジとクラウドの人工知能 (AI) を搭載したセンサーとマッチさせることも含まれます.AIの方法の多様性によりセンサー設計者は,意思決定の遅延,ネットワーク使用,消費電力/バッテリーの寿命,機械に適したAIモデルを含む複数の矛盾する要件を考慮する必要があります.この記事では,インテリジェントAIワイヤレスモーターモニタリングセンサーの応用とADIが立ち上げた関連ソリューションの導入に焦点を当てます..
自動車健康モニタリングは,ワイヤレス産業用センサーを用いて行われます
ロボットや回転機械 (タービン,扇風機,ポンプ,モーターなど) の状態モニタリング (CbM) は,機械の状態と性能に関するリアルタイムデータを記録することができます.目標的な予測的な保守と最適化された制御を可能にします機械の生命周期初期に実施される有望な保守は,生産停止時間のリスクを軽減し,信頼性を向上させることができる.工場ワークショップでコストを大幅に削減し,生産効率を向上させる産業機械の状態モニタリング (CbM) は,電気測定,振動,温度,油質,音響,磁場,流量や圧力などのプロセス測定しかし,振動測定は,不均衡やベアリング障害などの機械的な問題の最も信頼できる指標を提供できるので,最も一般的なものです.
現在,市場にあるワイヤレス産業センサーは,通常,非常に低い作業サイクルで動作します. ユーザーはセンサーの睡眠期間を設定します. 睡眠期間が終了した後,温度と振動を測定するためにセンサーが目覚めます商業的に利用可能なセンサーは,通常5年間のバッテリー寿命を主張します.24時間ごとに1回または24時間ごとに複数回データ収集に基づいて.
ADIのボイジャー4センサーを例に挙げましょう.しかし,エッジAIの異常検出 (MAX78000AIマイクロコントローラ) を使用して,無線の使用を制限します.センサーが目覚め データが測定されると マイクロコントローラが異常データを検知したら ユーザにデータを送信します機械の診断と保守を誘発し,モーターの使用寿命を延長する端末のAIを使用することで バッテリーの寿命は少なくとも50%延長できます
Voyager4は,アナログデバイス (ADI) が開発したワイヤレス状態モニタリングプラットフォームで,開発者がマシンやテスト機器のためのワイヤレスソリューションを迅速に展開しテストするのを助けるように設計されています.ボイジャー4のような運動健康モニタリングソリューションはロボットに広く使用されていますタービン,扇風機,ポンプ,モーターなどの回転機械でも使えます
ヴォイジャー4センサーシステムの動作原理
Voyager4センサーと ADXL382 の 3 軸 8 kHz デジタルマイクロ電磁システム (MEMS) を組み合わせて振動データを収集します生体振動データは,MAX32666低電力Bluetooth ® (BLE) プロセッサに送信されます.データはBLEラジオまたはUSB経由でユーザーに送信できます.これらの生振動データは,MAX78000ツールでエッジAIアルゴリズムを訓練するために使用されます.
MAX78000 ツールを使って AIモデルを Cコードに合成しますエッジAIアルゴリズムは,BLE無線 (OTA) アップデートを通じてVoyager4センサーに送られ,EDGEAIハードウェア加速器付きのMAX78000プロセッサを使用してメモリに格納されます.ボイジャー4の初期訓練後 ADXL382 MEMSデータは経路に沿って送信できますMAX78000 エッジ AI アルゴリズムは 収集された振動データに基づいて 機械が故障したか 正常に動作しているか 予測します振動データは正常である場合,MAX32666ラジオを使用する必要はありません,そしてMEMSは睡眠モードに戻ります. しかし,予測振動データが間違っている場合,異常振動警報が BLE 経由でユーザーに送られます.
Voyager4のハードウェアシステムでは,採用されたADXL382は,3軸MEMS加速計で,低騒音密度と低消費電力で,選択可能な測定範囲を備えています.このデバイスは ± 15g をサポートします., ± 30g と ± 60g の測定範囲,および 8 kHz の広い測定帯域幅. ADG1634 は単極二重投射 (SPDT) CMOS スイッチです.MEMS原始振動データをMAX32666 BLEラジオまたはMAX78000 AIマイクロコントローラーにルーティングするために使用されるSPDTスイッチを制御するために使用されたBLEマイクロコントローラで,いくつかの他の周辺機器がMAX32666に接続されています.バッテリー電流のモニタリング用のMAX17262電池計と超低功率ADXL367 MEMS加速計を含む.ADXL367は,高振動ショック事件の際に深睡眠モードからBLEラジオを目覚めさせるのに使用されます.運動活性化ウェークモードでは,消費電力はわずか180nAです.BLEマイクロコントローラーは,ADXL382 MEMSの原始データをBLEまたはUSBのFTDI FT234XD-R経由でホストに転送することができます..
Voyager4センサーは,MAX20335電源管理統合回路 (PMIC) を採用しています.2つの超低静止電流減速調節器と3つの超低静止電流低脱落 (LDO) 線形調節器を搭載する各LDOとステップダウンレギュレーターの出力電圧は独立して有効または無効にすることができ,各出力電圧値はデフォルトの事前設定でI2C経由でプログラムできます.BLEプロセッサは,異なるVoyager4作業モードのための単一のPMIC電源出力を有効または無効にするために使用されます..
訓練モードでは,BLEマイクロコントローラーはまずBLEネットワークに存在することを通知し,その後ネットワークマネージャーとのBLE接続を確立する必要があります.Voyager4は,BLEネットワーク経由でADXL382MEMSデータを送信し,AIアルゴリズムをユーザーのPCで訓練する.その後に,ボイジャー4センサーは深睡眠モードに戻ります.通常の (AI) モードでは,BLE無線信号,接続および送信機能はデフォルトで無効です.MAX78000は定期的に目覚め AIの推論を実行します異常が検出されたら ボイジャー4は 深い睡眠モードに戻る
ADIが発売したVoyager4評価キット (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) には複数のコンポーネント (LED,プルアップレジスタ) が含まれており,顧客が評価を行うのに便利です.この構成要素は 0 の深睡眠電流を生成しますLDO1OUT電圧レールで0.3mW. Voyager4評価パッケージの平均電力消費は,深睡眠,トレーニング,正常/AIモードのイベント間の時間間隔に基づいて計算されます.
以下は,これらの関連デバイスの機能特性について詳しく説明します.
AIマイクロコントローラにより ニューラルネットワークは 物事のインターネットの端で 超低消費電力で動作します
MAX78000は AIマイクロコントローラで 超低電力回合神経ネットワーク加速計を採用していますこの新しいタイプのAIマイクロコントローラにより ニューラルネットワークは 物事のインターネットの端で 超低電力で動作できますこのハードウェアベースの結晶神経ネットワーク (CNN) 加速器で電池駆動のアプリケーションでさえ マイクロジュールレベルの電力消費でAI推論を行うことができますMAX78000は,Arm® Cortex®-M4コアとFPUCPUを統合した先進的なシステム・オン・チップで,超低電力ディープニューラルネットワーク加速器を通じて効率的なシステム制御を実現します.このデバイスは81ピン CTBGA (8mm x 8mm) を採用しています0.8mm のピッチ) のパッケージです.
MAX32666は,Bluetooth 5を搭載した低電力ARM Cortex-M4 FPUベースのマイクロコントローラで,ウェアラブルアプリケーションに適しています.この新世代のUB MCUの設計は,バッテリー駆動および無線接続デバイスの複雑なアプリケーション要件を満たすことを目的としていますこのインテリジェントコントローラには,同様の製品の中で,より大きなメモリが搭載されており,大規模な拡張可能なメモリアーキテクチャを採用しています.デバイスはウェアラブルパワー技術を採用していますこのデバイスは109ピンWLP (0.35mmピッチ) と121ピンCTBGA (0.65mmピッチ) でパッケージされています.
ADXL382は,低騒音,低電力,幅広く,3軸MEMS加速計で,測定範囲を選択し, ± 15g, ± 30g, ± 60gの測定範囲をサポートする.ADXL382は業界をリードするノイズレベルを提供しています,最小限の校正で正確なアプリケーションを可能にします.低騒音と低消費電力の特性により,高振動環境でも音声信号や心臓音の正確な測定が可能になりますADXL382の多機能ピン名は,シリアル周辺インターフェイス (SPI) またはI2Cインターフェイスに関連する機能のみで参照できます.音声機能 (パルス密度調節 (PDM))ADXL382は,2.9mm x 2.8mm x 0.87mmの14ピンLGAパッケージで提供されている.
エッジ AI を使用した無線資産状態監視のための完全なソリューション
Voyager4は,無線資産状態モニタリングのためにエッジAIを使用することができる.ADXL382とADXL367を含む3軸デジタル出力MEMSセンサーを使用している.この設計には,MAX32666 BLEとMAX78000 AIマイクロコントローラも含まれています.ワイヤレスセンサーの省エネ効果を高めるため,柔軟性のあるPCBスペース節約PMIC電源装置がロードスイッチとして追加されている.各ボイジャー4キットにはBLE 5が含まれている.3 アダプター. Voyager4はBLEを使用しているため,Bluetoothラジオを搭載したPCと互換性がある.しかし,最高のパフォーマンスと範囲を確保するために,Voyager4と通信するときにアダプタを使用することが推奨される.
ADG1633/ADG1634は,4.5Ω RON,三/四チャネル単極双投射 (SPDT), ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3.3Vのスイッチである.ADG1633とADG1634は,単チップ産業用CMOS (iCMOS®) アナログスイッチである.3つまたは4つの独立および選択可能な単極双投射スイッチをそれぞれ装備しています.すべてのチャネルは,開いたときに瞬間のショートサーキットを防ぐために,最初の開くと最後の閉じるスイッチを装備されています.. ADG1633 (LFCSPとTSSOPパッケージ) とADG1634 (LFCSPパッケージのみ) は,デバイスを有効または無効にするためにEN入力を提供します. iCMOS構造は,非常に低電力消費を保証できます.この装置は電池駆動の携帯機器に適しています.
ADXL367は,ナノメートルの電力消費,3軸,デジタル出力±2g /±4g /±8gのMEMS加速計である.出力データレート100Hzでは,わずか0.89μAしか消費しない.動作誘発式目覚めモードで電力サイクルを使用して低電力消費を達成する加速計とは異なり,ADXL367は,サンプル不足によって入力信号を代名せず,すべてのデータ速度でセンサーの全帯域幅をサンプリングします.ADXL367は2.2mm x 2.3mm x 0.87mmのパッケージで提供されています.
MAX17262は,A 5.2μA,ModelGauge m5 EZ単細胞電池レベル計で,電流検出機能が組み込まれています.組み込み電流検出器とModelGauge m5 EZアルゴリズムを搭載するMAX17262は単一の電池をモニターし,内部電流検出器を統合し,最大3.1Aのパルス電流を検出することができます.ICは100mAhrから6Ahrまでの容量を持つバッテリー計量に最適化されていますMAX17262は,鉛のない0.4mmの溶接ピッチ,1.5mmx1.5mm,9ピンワファーレベルパッケージ (WLP) を搭載しています.
MAX20335はリチウムイオンシステム用の小型PMICで,超低IQ電圧調節器とバッテリー充電器を搭載している.電力管理の最適化ソリューションを搭載し,ウェアラブルやIoTの7×24時間モニタリングシステムをサポートしていますMAX20335 バッテリー充電管理ソリューションは,低電力ウェアラブルアプリケーションに最適です.デバイスは,インテリジェントの電源選択器と電源最適化周辺機器の様々な線形バッテリー充電器を含むMAX20335は36個の溶接ボール,0.4mmの溶接ボールピッチ,および2.72mm x 2.47mmのウエファーレベルパッケージ (WLP) を採用している.
結論
AIハードウェアアクセラレータを搭載したマイクロコントローラーは 優れた意思決定能力と長持ちのバッテリーを ワイヤレスセンサーノードに提供しますバッテリーの寿命は少なくとも50%延長できる振動センサーに組み込まれた模様分析は,センサー開発サイクルを加速し,監視された資産から高品質の振動データを収集することを保証します.ADIが立ち上げたワイヤレス状態モニタリングプラットフォーム"Voyager4"産業システムにインテリジェンスを加えるための 最良のアシスタントになります
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