Istnieje wiele sposobów na dodanie większej inteligencji do systemów przemysłowych, w tym dopasowanie komponentów analogowych i cyfrowych do czujników wyposażonych w sztuczną inteligencję krawędziową i chmurową (AI).Ze względu na różnorodność metod AI, projektanci czujników muszą wziąć pod uwagę wiele sprzecznych wymagań, w tym opóźnienie w podejmowaniu decyzji, wykorzystanie sieci, zużycie energii / żywotność baterii oraz modele sztucznej inteligencji odpowiednie dla maszyny.Artykuł ten skupia się na wprowadzeniu zastosowań inteligentnych bezprzewodowych czujników monitorowania silników AI i powiązanych rozwiązań wprowadzonych przez ADI.
Monitorowanie zdrowia ruchu jest prowadzone za pomocą bezprzewodowych czujników przemysłowych
Monitoring stanu (CbM) robotów i obracających się maszyn (takich jak turbiny, wentylatory, pompy i silniki) może rejestrować w czasie rzeczywistym dane dotyczące stanu i wydajności maszyn,umożliwiając w ten sposób ukierunkowaną konserwację predykcyjną i zoptymalizowaną kontrolę- ukierunkowana konserwacja predykcyjna wykonywana na wczesnym etapie cyklu życia maszyny może zmniejszyć ryzyko przestojów produkcyjnych, a tym samym zwiększyć niezawodność,znaczące oszczędności kosztów i poprawa efektywności produkcji w warsztatach fabrycznych. Monitoring stanu (CbM) maszyn przemysłowych może wykorzystywać szereg danych z czujników, takich jak pomiary elektryczne, wibracje, temperatura, jakość oleju, akustyka, pola magnetyczne,oraz pomiarów procesu, takich jak przepływ i ciśnienieJednakże pomiar drgań jest zdecydowanie najczęstszym, ponieważ może dostarczyć najbardziej wiarygodnego wskazania problemów mechanicznych, takich jak zaburzenia równowagi i łożyska.
Obecnie bezprzewodowe czujniki przemysłowe na rynku zazwyczaj działają przy bardzo niskich cyklach pracy.czujniki są budzone do pomiaru temperatury i wibracji, a następnie dane są wysyłane z powrotem do agregatora danych użytkownika za pośrednictwem sygnałów radiowych.na podstawie gromadzenia danych raz na 24 godziny lub wielokrotnie na 24 godziny.
W większości przypadków czujnik jest w trybie uśpienia przez ponad 90% czasu.ale wykorzystuje wykrywanie anomalii AI (z mikrokontrolerem MAX78000 AI) w celu ograniczenia użycia radiaKiedy czujnik jest obudzony i mierzy dane, tylko wtedy, gdy mikrokontroler wykryje nieprawidłowe dane, będzie wysyłać dane do użytkownika.w ten sposób uruchamiając diagnostykę i konserwację maszyny oraz wydłużając żywotność silnikaUżywając sztucznej inteligencji na krawędzi, można wydłużyć żywotność baterii o co najmniej 50%.
Voyager4 to platforma monitorowania stanu bezprzewodowego opracowana przez Analog Devices (ADI), zaprojektowana w celu pomocy programistom w szybkim wdrażaniu i testowaniu rozwiązań bezprzewodowych dla maszyn lub sprzętu testowego.Rozwiązania monitorowania stanu ruchu, takie jak Voyager4, są szeroko stosowane w robotach, a także w obracających się maszynach, takich jak turbiny, wentylatory, pompy i silniki.
Zasada działania systemu czujników Voyager4
W celu zbierania danych wibracyjnych wykorzystuje się czujnik Voyager4 w połączeniu z trójosiowym cyfrowym mikroelektromechanicznym systemem 8 kHz (MEMS) ADXL382.nieprzetworzone dane wibracyjne są przesyłane do procesora Bluetooth ® (BLE) o niskiej mocy MAX32666Dane mogą być wysyłane do użytkownika za pośrednictwem radia BLE lub USB. Te surowe dane wibracyjne są wykorzystywane do szkolenia algorytmów sztucznej inteligencji za pomocą narzędzia MAX78000.
Użyj narzędzia MAX78000 do syntezy modelu sztucznej inteligencji w kodzie C.Algorytm edge AI jest wysyłany do czujnika Voyager4 za pośrednictwem aktualizacji bezprzewodowych BLE (OTA) i przechowywany w pamięci przy użyciu procesora MAX78000 z akceleratorem sprzętowym edge AIPo początkowej fazie szkolenia Voyager 4, dane MEMS ADXL382 mogą być przesyłane wzdłuż drogi.Algorytm sztucznej inteligencji MAX78000 przewiduje, czy maszyna nie działa prawidłowo lub działa normalnie na podstawie zebranych danych wibracyjnych.Jeśli dane wibracyjne są normalne, nie ma potrzeby używania radia MAX32666, a MEMS wróci do trybu uśpienia.wysyłane zostanie użytkownikowi za pośrednictwem BLE ostrzeżenie o nienormalnych wibracjach.
W systemie sprzętowym Voyager4 przyjęty ADXL382 jest 3-osiowym akcelerometrem MEMS o niskiej gęstości hałasu i niskim zużyciu energii, z wybieralnym zakresem pomiarów.To urządzenie obsługuje ± 15g, ± 30 g i ± 60 g zakres pomiarów oraz szeroka pasma pomiarowa 8 kHz.który jest używany do przesyłania surowych danych wibracyjnych MEMS do radia MAX32666 BLE lub mikrokontrolera MAX78000 AI, z mikrokontrolem BLE używanym do sterowania przełącznikiem SPDT. Kilka innych urządzeń peryferyjnych jest podłączonych do MAX32666,włącznie z przyrządem pomiaru prądu akumulatora MAX17262 do monitorowania prądu akumulatora oraz akcelerometrem MEMS o bardzo niskim poborze mocy ADXL367ADXL367 jest używany do budzenia radiosprzętu BLE z głębokiego trybu snu podczas zdarzeń wstrząsowych o wysokim wibracji.Mikrokontroler BLE może przesyłać surowe dane ADXL382 MEMS do hosta za pośrednictwem BLE lub USB FTDI FT234XD-R.
czujnik Voyager4 wykorzystuje układ zintegrowany zarządzania energią (PMIC) MAX20335,zawierający dwa ultra-niskie regulatory stopniowego obniżania prądu spoczynkowego i trzy ultra-niskie regulatory liniowe prądu spoczynkowego o niskim opuszczeniu (LDO). Napięcia wyjściowe każdego LDO i regulacji stopniowej mogą być włączane lub wyłączane niezależnie, a każda wartość napięcia wyjściowego może być zaprogramowana za pośrednictwem I2C z domyślną konfiguracją wstępną.Procesor BLE jest używany do włączenia lub wyłączenia jednego wyjścia mocy PMIC dla różnych trybów pracy Voyager4.
W trybie szkoleniowym mikrokontroler BLE musi najpierw powiadomić o swojej obecności w sieci BLE, a następnie nawiązać połączenie BLE z menedżerem sieci.Voyager4 przesyła surowe dane ADXL382 MEMS za pośrednictwem sieci BLE do szkolenia algorytmów AI na komputerze użytkownikaW trybie normalnym (AI) funkcje sygnalizacji radiowej BLE, połączenia i transmisji są domyślnie wyłączone.MAX78000 będzie się budzić regularnie i uruchamiać wnioski AIJeśli nie wykryje się żadnej anomalii, Voyager 4 wróci do głębokiego snu.
Zestaw oceny Voyager4 (EV-CBM-VOYAGER4-1Z), uruchomiony przez ADI, zawiera wiele komponentów (LED, rezystor pociągowy), co ułatwia klientom przeprowadzenie ocen.Te składniki generują głęboki prąd snu 0Średnie zużycie mocy zestawu oceny Voyager4 oblicza się na podstawie przedziału czasu między zdarzeniami w trybie głębokiego snu, treningu i trybie normalnym/AI.
Poniżej przedstawiono szczegółowe informacje na temat funkcjonalnych cech tych powiązanych urządzeń.
Mikrokontrolery sztucznej inteligencji pozwalają sieciom neuronowym działać przy bardzo niskim zużyciu energii na skraju Internetu Rzeczy
MAX78000 to mikrokontroler sztucznej inteligencji, który wykorzystuje ultra niskiej mocy akcelerometr konwolucyjnej sieci neuronowej.Ten nowy rodzaj mikrokontrolera AI umożliwia sieci neuronowe do działania na ultra niskim zasilaniu na krawędzi Internetu Rzeczy, łącząc wydajne przetwarzanie AI z sprawdzonym mikroprocesorem Maxim o bardzo niskim poborze.nawet aplikacje zasilane bateriami mogą wykonywać wnioski AI przy zużyciu energii na poziomie mikrodułkówMAX78000 jest zaawansowanym systemem na układzie, który integruje rdzeń Arm® Cortex®-M4 z procesorem FPU i osiąga efektywną kontrolę systemu za pomocą ultra niskoenergetycznego akceleratora głębokiej sieci neuronowej.To urządzenie przyjmuje 81-pin CTBGA (8mm x 8mm, 0, 8 mm) opakowania.
MAX32666 to niskoemisyjny mikrokontroler ARM Cortex-M4 FPU z Bluetooth 5, odpowiedni do aplikacji noszonych.Konstrukcja tej nowej generacji UB MCU ma na celu spełnienie złożonych wymagań aplikacyjnych urządzeń zasilanych bateriami i podłączonych bezprzewodowoTen inteligentny sterownik jest wyposażony w większą pamięć wśród podobnych produktów i przyjmuje architekturę pamięci, którą można rozszerzyć na dużą skalę.Urządzenie wykorzystuje technologię przenośnej energiiUrządzenie to jest opakowane w 109-pin WLP (0,35 mm pasma) i 121-pin CTBGA (0,65 mm pasma).
ADXL382 to nisko hałasowy, nisko wydajny, szerokopasmowy 3-osiowy akcelerometr MEMS z wybieralnymi zakresami pomiarów, obsługującymi zakres pomiarów ± 15 g, ± 30 g i ± 60 g.ADXL382 oferuje najwyższy poziom hałasu w branży, umożliwiające precyzyjne zastosowania przy minimalnej kalibracji.Jego charakterystyka niskiego hałasu i niskiego zużycia energii pozwala na dokładne pomiar sygnałów dźwiękowych lub dźwięków serca nawet w środowiskach o wysokim poziomie wibracji. Wielofunkcyjne nazwy pinów ADXL382 mogą być odniesione wyłącznie do ich funkcji związanych z seryjnym interfejsem obwodowym (SPI) lub interfejsem I2C,lub ich funkcjami dźwiękowymi (modulacja gęstości impulsu (PDM)ADXL382 jest dostępny w 14-pin LGA pakiet 2,9 mm x 2,8 mm x 0,87 mm.
Kompletne rozwiązanie do monitorowania stanu bezprzewodowych zasobów przy użyciu edge AI
Voyager4 może wykorzystywać edge AI do monitorowania stanu bezprzewodowych zasobów.Projekt ten obejmuje również mikrokontrolery MAX32666 BLE i MAX78000 AIW celu zwiększenia efektywności energooszczędnej czujników bezprzewodowych dodano elastyczne i oszczędzające miejsce urządzenia zasilania PMIC PCB.3 adapter z anteną. Voyager4 używa BLE, więc jest kompatybilny z dowolnym komputerem z radiem Bluetooth. Jednak aby zapewnić najlepszą wydajność i zasięg, zaleca się użycie adaptera podczas komunikacji z Voyager4.
ADG1633/ADG1634 to 4,5Ω RON, trzy/cztery kanały jednopoltówkowe podwójne (SPDT), ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3.3V.Zarówno ADG1633 jak i ADG1634 to jednoczpniowe przemysłowe przełączniki analogowe CMOS (iCMOS®)Jest on wyposażony odpowiednio w trzy lub cztery niezależne i wybieralne jedno-polarne przełączniki podwójne.Wszystkie kanały są wyposażone w przełączniki pierwszego otwierania i ostatniego zamknięcia, aby zapobiec natychmiastowym zwarciom podczas otwierania lub zamykania kanałówADG1633 (pakety LFCSP i TSSOP) i ADG1634 (tylko pakiet LFCSP) zapewniają wejścia EN do włączenia lub wyłączenia urządzeń.Więc te urządzenia są bardzo odpowiednie dla przenośnych instrumentów zasilanych bateriami..
ADXL367 to akcelerometr MEMS o zużyciu energii na poziomie nanometrów, 3-osiowy, wyjście cyfrowe ± 2g /± 4g /± 8g. Przy częstotliwości danych wyjściowych 100 Hz zużywa tylko 0,89 μA,i w trybie budzenia wywołanego akcją, zużywa tylko 180 nA. W przeciwieństwie do akcelerometrów, które osiągają niskie zużycie energii za pomocą cyklu pracy mocy,ADXL367 nie aliasuje sygnału wejściowego poprzez podbieranie próbek, ale zamiast tego próbuje pełną przepustowość czujnika przy wszystkich prędkościach danychADXL367 jest dostępny w opakowaniu 2,2 mm x 2,3 mm x 0,87 mm.
MAX17262 to 5,2 μA, ModelGauge m5 EZ jednokomórkowy miernik poziomu baterii z wbudowanym czujnikiem prądu.z wbudowanym czujnikiem prądu i algorytmem ModelGauge m5 EZMAX17262 może monitorować pojedynczą komórkę akumulatora, integruje wewnętrzny detektor prądu i może wykrywać prądy impulsowe do 3,1 A.IC jest zoptymalizowany do pomiaru baterii o pojemności od 100mAhr do 6AhrMAX17262 posiada maleńki, wolny od ołowiu, 0,4 mm pas lutowania, 1,5 mm x 1,5 mm, 9-pin pakiet poziomu płytki (WLP).
MAX20335 to mały PMIC do systemów litowo-jonowych, wyposażony w regulator napięcia ultra niskiego IQ i ładowarkę akumulatora.Oferuje zoptymalizowane rozwiązanie zarządzania energią i obsługuje systemy monitorowania 7 x 24 godziny na dobę dla urządzeń noszonych i IoTRozwiązanie do zarządzania ładowaniem akumulatorów MAX20335 jest idealne dla urządzeń noszonych o niskim zużyciu energii.Urządzenie zawiera liniowe ładowarki baterii z inteligentnym selektorem mocy i różnych optymalizowanych mocy urządzeń peryferyjnychMAX20335 wykorzystuje 36 kul lutowych, 0,4 mm pas piłki lutowej i opakowanie na poziomie płytki (WLP) o wymiarach 2,72 mm x 2,47 mm.
Wniosek
Mikrokontroler z zintegrowanym akceleratorem sprzętowym AI zapewnia bezprzewodowym węzłom czujników lepsze możliwości podejmowania decyzji i dłuższą żywotność baterii.żywotność baterii może zostać wydłużona o co najmniej 50%Analiza modalna zawarta w czujniku drgań może przyspieszyć cykl rozwoju czujnika i zapewnić przechwytywanie wysokiej jakości danych wibracyjnych z monitorowanych aktywów.Bezprzewodowa platforma monitorowania stanu Voyager4 uruchomiona przez ADI, w połączeniu z powiązanymi rozwiązaniami komponentów, będzie najlepszym asystentem do dodawania inteligencji do systemów przemysłowych.
Osoba kontaktowa: Mr. Sun
Tel: 18824255380
