ข่าว บริษัท เกี่ยวกับ ใช้ปัญญาประดิษฐ์ในการออกแบบเซ็นเซอร์ขอบเพื่อสร้างโรงงานในอนาคต

มีหลายวิธีในการเพิ่มความฉลาดให้กับระบบอุตสาหกรรม รวมถึงการจับคู่ส่วนประกอบแบบอะนาล็อกและดิจิทัลกับเซ็นเซอร์ที่มีปัญญาประดิษฐ์ (AI) แบบขอบและคลาวด์ เนื่องจากความหลากหลายของวิธีการ AI นักออกแบบเซ็นเซอร์จึงต้องพิจารณาข้อกำหนดที่ขัดแย้งกันหลายประการ รวมถึงความล่าช้าในการตัดสินใจ การใช้เครือข่าย การใช้พลังงาน/อายุการใช้งานแบตเตอรี่ และโมเดล AI ที่เหมาะสมกับเครื่องจักร บทความนี้จะเน้นที่การแนะนำการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ตรวจสอบมอเตอร์ไร้สาย AI อัจฉริยะและโซลูชันที่เกี่ยวข้องที่เปิดตัวโดย ADI

การตรวจสอบสภาพมอเตอร์ดำเนินการโดยใช้เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมไร้สาย

การตรวจสอบสภาพ (CbM) บนหุ่นยนต์และเครื่องจักรหมุน (เช่น กังหัน พัดลม ปั๊ม และมอเตอร์) สามารถบันทึกข้อมูลแบบเรียลไทม์ที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพและประสิทธิภาพของเครื่องจักร ซึ่งช่วยให้สามารถบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์แบบมีเป้าหมายและการควบคุมที่เหมาะสมที่สุด การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์แบบมีเป้าหมายที่ดำเนินการในระยะแรกของวงจรชีวิตของเครื่องจักรสามารถลดความเสี่ยงของการหยุดทำงานในการผลิต ซึ่งช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือ ประหยัดค่าใช้จ่ายได้อย่างมาก และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตในโรงงาน การตรวจสอบสภาพ (CbM) ของเครื่องจักรอุตสาหกรรมสามารถใช้ชุดข้อมูลเซ็นเซอร์ เช่น การวัดทางไฟฟ้า การสั่นสะเทือน อุณหภูมิ คุณภาพน้ำมัน อคูสติก สนามแม่เหล็ก รวมถึงการวัดกระบวนการ เช่น การไหลและความดัน อย่างไรก็ตาม การวัดการสั่นสะเทือนเป็นวิธีที่พบได้บ่อยที่สุดเนื่องจากสามารถให้ตัวบ่งชี้ปัญหาทางกลไกที่น่าเชื่อถือที่สุด เช่น ความไม่สมดุลและความล้มเหลวของตลับลูกปืน

ปัจจุบัน เซ็นเซอร์อุตสาหกรรมไร้สายในตลาดมักจะทำงานด้วยรอบการทำงานที่ต่ำมาก ผู้ใช้ตั้งค่าระยะเวลาการพักของเซ็นเซอร์ หลังจากสิ้นสุดระยะเวลาการพัก เซ็นเซอร์จะถูกปลุกขึ้นเพื่อวัดอุณหภูมิและการสั่นสะเทือน จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งกลับไปยังตัวรวบรวมข้อมูลของผู้ใช้ผ่านสัญญาณวิทยุ โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์อ้างว่ามีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ห้าปี โดยพิจารณาจากการรวบรวมข้อมูลทุกๆ 24 ชั่วโมงหรือหลายครั้งทุกๆ 24 ชั่วโมง

ในกรณีส่วนใหญ่ เซ็นเซอร์จะอยู่ในโหมดสลีปมากกว่า 90% ของเวลา ยกตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ Voyager4 ของ ADI ทำงานในลักษณะเดียวกัน แต่ใช้การตรวจจับความผิดปกติของ AI แบบขอบ (ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ AI MAX78000) เพื่อจำกัดการใช้คลื่นวิทยุ เมื่อเซ็นเซอร์ถูกปลุกและวัดข้อมูล เฉพาะเมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ตรวจพบข้อมูลที่ผิดปกติเท่านั้นที่จะส่งข้อมูลกลับไปยังผู้ใช้ ซึ่งจะทำให้เกิดการวินิจฉัยและบำรุงรักษาเครื่องจักร และยืดอายุการใช้งานของมอเตอร์ ด้วยการใช้ AI ที่ขอบ อายุการใช้งานแบตเตอรี่สามารถขยายได้ถึงอย่างน้อย 50%

Voyager4 เป็นแพลตฟอร์มการตรวจสอบสภาพไร้สายที่พัฒนาโดย Analog Devices (ADI) ซึ่งออกแบบมาเพื่อช่วยให้นักพัฒนาสามารถปรับใช้และทดสอบโซลูชันไร้สายสำหรับเครื่องจักรหรืออุปกรณ์ทดสอบได้อย่างรวดเร็ว โซลูชันการตรวจสอบสภาพมอเตอร์ เช่น Voyager4 ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในหุ่นยนต์ รวมถึงเครื่องจักรหมุน เช่น กังหัน พัดลม ปั๊ม และมอเตอร์

หลักการทำงานของระบบเซ็นเซอร์ Voyager4

เซ็นเซอร์ Voyager4 ร่วมกับระบบไมโครอิเล็กโทรเมคคานิคัล (MEMS) ดิจิทัล 8 kHz สามแกน ADXL382 ใช้เพื่อรวบรวมข้อมูลการสั่นสะเทือน ขั้นแรก ข้อมูลการสั่นสะเทือนดิบจะถูกส่งไปยังโปรเซสเซอร์ Bluetooth ® (BLE) พลังงานต่ำ MAX32666 ข้อมูลสามารถส่งไปยังผู้ใช้ผ่านวิทยุ BLE หรือ USB ข้อมูลการสั่นสะเทือนดิบเหล่านี้ใช้ในการฝึกอัลกอริทึม AI แบบขอบด้วยเครื่องมือ MAX78000

ใช้เครื่องมือ MAX78000 เพื่อสังเคราะห์โมเดล AI เป็นโค้ด C อัลกอริทึม AI แบบขอบจะถูกส่งไปยังเซ็นเซอร์ Voyager4 ผ่านการอัปเดตแบบไร้สาย BLE (OTA) และจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำโดยใช้โปรเซสเซอร์ MAX78000 พร้อมตัวเร่งฮาร์ดแวร์ AI แบบขอบ หลังจากขั้นตอนการฝึกอบรมเบื้องต้นของ Voyager4 ข้อมูล ADXL382 MEMS สามารถส่งผ่านเส้นทางได้ อัลกอริทึม AI แบบขอบ MAX78000 จะทำนายว่าเครื่องจักรทำงานผิดปกติหรือไม่หรือทำงานตามปกติโดยพิจารณาจากข้อมูลการสั่นสะเทือนที่รวบรวม หากข้อมูลการสั่นสะเทือนเป็นปกติ ไม่จำเป็นต้องใช้คลื่นวิทยุ MAX32666 และ MEMS จะกลับสู่โหมดสลีป อย่างไรก็ตาม หากข้อมูลการสั่นสะเทือนที่คาดการณ์ไว้ไม่ถูกต้อง การแจ้งเตือนการสั่นสะเทือนที่ผิดปกติจะถูกส่งไปยังผู้ใช้ผ่าน BLE

ในระบบฮาร์ดแวร์ของ Voyager4 ADXL382 ที่นำมาใช้เป็นมาตรความเร่ง MEMS 3 แกนที่มีความหนาแน่นของสัญญาณรบกวนต่ำและการใช้พลังงานต่ำ โดยมีช่วงการวัดที่เลือกได้ อุปกรณ์นี้รองรับช่วงการวัด ± 15g, ± 30g และ ± 60g รวมถึงแบนด์วิดท์การวัดที่กว้าง 8 kHz ADG1634 เป็นสวิตช์ CMOS ขั้วเดี่ยวแบบโยนสองครั้ง (SPDT) ซึ่งใช้ในการกำหนดเส้นทางข้อมูลการสั่นสะเทือนดิบ MEMS ไปยังวิทยุ MAX32666 BLE หรือไมโครคอนโทรลเลอร์ AI MAX78000 โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ BLE เพื่อควบคุมสวิตช์ SPDT อุปกรณ์ต่อพ่วงอื่นๆ อีกหลายตัวเชื่อมต่อกับ MAX32666 รวมถึงเกจวัดแบตเตอรี่ MAX17262 สำหรับตรวจสอบกระแสแบตเตอรี่และมาตรความเร่ง MEMS ADXL367 พลังงานต่ำพิเศษ ADXL367 ใช้เพื่อปลุกวิทยุ BLE จากโหมดสลีปลึกในช่วงเหตุการณ์การกระแทกที่มีการสั่นสะเทือนสูง ในโหมดปลุกที่เปิดใช้งานการเคลื่อนไหว การใช้พลังงานจะอยู่ที่ 180 nA เท่านั้น ไมโครคอนโทรลเลอร์ BLE สามารถถ่ายโอนข้อมูลดิบของ ADXL382 MEMS ไปยังโฮสต์ผ่าน BLE หรือ USB ของ FTDI FT234XD-R

เซ็นเซอร์ Voyager4 ใช้วงจรรวมการจัดการพลังงาน MAX20335 (PMIC) ซึ่งมีตัวควบคุมแบบสเต็ปดาวน์กระแสไฟฟ้านิ่งต่ำพิเศษสองตัวและตัวควบคุมเชิงเส้นแบบดรอปเอาต์ต่ำพิเศษ (LDO) สามตัว แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของ LDO และตัวควบคุมแบบสเต็ปดาวน์แต่ละตัวสามารถเปิดหรือปิดได้อย่างอิสระ และสามารถตั้งโปรแกรมค่าแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตแต่ละค่าผ่าน I2C พร้อมการกำหนดค่าล่วงหน้าเริ่มต้น โปรเซสเซอร์ BLE ใช้เพื่อเปิดหรือปิดเอาต์พุตพลังงาน PMIC เดียวสำหรับโหมดการทำงาน Voyager4 ที่แตกต่างกัน

ในโหมดการฝึกอบรม ไมโครคอนโทรลเลอร์ BLE จะต้องแจ้งการมีอยู่ของมันในเครือข่าย BLE ก่อน จากนั้นจึงสร้างการเชื่อมต่อ BLE กับตัวจัดการเครือข่าย จากนั้น Voyager4 จะส่งข้อมูล ADXL382 MEMS ดิบผ่านเครือข่าย BLE เพื่อฝึกอัลกอริทึม AI บนพีซีของผู้ใช้ หลังจากนั้น เซ็นเซอร์ Voyager4 จะกลับสู่โหมดสลีปลึก ในโหมดปกติ (AI) สัญญาณวิทยุ BLE ฟังก์ชันการเชื่อมต่อและการส่งข้อมูลจะถูกปิดใช้งานตามค่าเริ่มต้น MAX78000 จะตื่นขึ้นเป็นประจำและเรียกใช้การอนุมาน AI หากไม่ตรวจพบความผิดปกติ Voyager4 จะกลับสู่โหมดสลีปลึก

ชุดประเมินผล Voyager4 (EV-CBM-VOYAGER4-1Z) ที่เปิดตัวโดย ADI รวมถึงส่วนประกอบหลายอย่าง (LED, ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น) ทำให้ลูกค้าสะดวกในการดำเนินการประเมิน ส่วนประกอบเหล่านี้สร้างกระแสไฟสลีปลึก 0.3 mW บนรางแรงดันไฟฟ้า LDO1OUT การใช้พลังงานเฉลี่ยของชุดประเมินผล Voyager4 คำนวณตามช่วงเวลาของเหตุการณ์ในโหมดสลีปลึก การฝึกอบรม และโหมดปกติ/AI

ต่อไปนี้จะแนะนำลักษณะการทำงานของอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องเหล่านี้ให้คุณทราบเพิ่มเติม

ไมโครคอนโทรลเลอร์ AI ช่วยให้เครือข่ายประสาททำงานด้วยการใช้พลังงานต่ำพิเศษที่ขอบของ Internet of Things

MAX78000 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ AI ที่ใช้มาตรความเร่งเครือข่ายประสาทแบบคอนโวลูชันพลังงานต่ำพิเศษ ไมโครคอนโทรลเลอร์ AI ชนิดใหม่นี้ช่วยให้เครือข่ายประสาททำงานด้วยพลังงานต่ำพิเศษที่ขอบของ Internet of Things โดยผสมผสานการประมวลผล AI ประสิทธิภาพสูงเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์พลังงานต่ำพิเศษ Maxim ที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ด้วยตัวเร่งเครือข่ายประสาทแบบคอนโวลูชัน (CNN) ที่ใช้ฮาร์ดแวร์นี้ แม้แต่แอปพลิเคชันที่ใช้แบตเตอรี่ก็สามารถทำการอนุมาน AI ด้วยการใช้พลังงานในระดับไมโครจูล MAX78000 เป็นระบบบนชิปขั้นสูงที่รวม Arm® Cortex®-M4 core พร้อม CPU FPU และบรรลุการควบคุมระบบที่มีประสิทธิภาพผ่านตัวเร่งเครือข่ายประสาทลึกพลังงานต่ำพิเศษ อุปกรณ์นี้ใช้แพ็คเกจ 81 พิน CTBGA (8 มม. x 8 มม., ระยะพิทช์ 0.8 มม.)

MAX32666 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ ARM Cortex-M4 FPU พลังงานต่ำพร้อม Bluetooth 5 เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันแบบสวมใส่ได้ การออกแบบ UB MCU รุ่นใหม่นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อตอบสนองความต้องการของแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนของอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่และเชื่อมต่อแบบไร้สาย ตัวควบคุมอัจฉริยะนี้ติดตั้งหน่วยความจำที่ใหญ่กว่าในบรรดาผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันและใช้สถาปัตยกรรมหน่วยความจำที่สามารถขยายได้ในวงกว้าง อุปกรณ์นี้ใช้เทคโนโลยีพลังงานแบบสวมใส่ได้ ซึ่งสามารถทำงานได้นาน ทนทาน และสามารถทนต่อการโจมตีทางไซเบอร์ระดับสูงได้ อุปกรณ์นี้บรรจุใน WLP 109 พิน (ระยะพิทช์ 0.35 มม.) และ CTBGA 121 พิน (ระยะพิทช์ 0.65 มม.)

ADXL382 เป็นมาตรความเร่ง MEMS 3 แกนที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ พลังงานต่ำ แบนด์วิดท์กว้าง พร้อมช่วงการวัดที่เลือกได้ รองรับช่วงการวัด ± 15g, ± 30g และ ± 60g ADXL382 มีระดับสัญญาณรบกวนชั้นนำของอุตสาหกรรม ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างแม่นยำด้วยการสอบเทียบขั้นต่ำ ลักษณะเฉพาะของการใช้พลังงานต่ำและสัญญาณรบกวนต่ำช่วยให้สามารถวัดสัญญาณเสียงหรือเสียงหัวใจได้อย่างแม่นยำแม้ในสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูง ชื่อพินมัลติฟังก์ชันของ ADXL382 สามารถอ้างอิงได้เฉพาะฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับ Serial peripheral Interface (SPI) หรืออินเทอร์เฟซ I2C หรือตามฟังก์ชันเสียง (Pulse Density Modulation (PDM), I2S หรือ Time Division multiplexing (TDM)) ADXL382 มีอยู่ในแพ็คเกจ LGA 14 พินขนาด 2.9 มม. x 2.8 มม. x 0.87 มม.

โซลูชันที่สมบูรณ์สำหรับการตรวจสอบสถานะสินทรัพย์แบบไร้สายโดยใช้ AI แบบขอบ

Voyager4 สามารถใช้ AI แบบขอบสำหรับการตรวจสอบสถานะสินทรัพย์แบบไร้สาย ใช้เซ็นเซอร์ MEMS เอาต์พุตดิจิทัลสามแกน รวมถึง ADXL382 และ ADXL367 การออกแบบนี้ยังรวมถึงไมโครคอนโทรลเลอร์ MAX32666 BLE และ MAX78000 AI อุปกรณ์จ่ายไฟ PMIC ที่ยืดหยุ่นและประหยัดพื้นที่ PCB ได้ถูกเพิ่มเป็นสวิตช์โหลดเพื่อเพิ่มเอฟเฟกต์การประหยัดพลังงานของเซ็นเซอร์ไร้สาย ชุด Voyager4 แต่ละชุดมีอะแดปเตอร์ BLE 5.3 พร้อมเสาอากาศ Voyager4 ใช้ BLE ดังนั้นจึงเข้ากันได้กับพีซีใดๆ ที่มีวิทยุ Bluetooth อย่างไรก็ตาม เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพและระยะที่ดีที่สุด ขอแนะนำให้ใช้อะแดปเตอร์เมื่อสื่อสารกับ Voyager4

ADG1633/ADG1634 เป็นสวิตช์ ± 5V /+ 12V /+ 5V /+ 3.3V แบบขั้วเดี่ยวแบบโยนสองครั้ง (SPDT) 4.5Ω RON สาม/สี่ช่องสัญญาณ ทั้ง ADG1633 และ ADG1634 เป็นสวิตช์อะนาล็อก CMOS (iCMOS®) อุตสาหกรรมแบบชิปเดี่ยว มันติดตั้งสวิตช์ขั้วเดี่ยวแบบโยนสองครั้งที่เลือกได้และเป็นอิสระสามหรือสี่ตัวตามลำดับ ช่องสัญญาณทั้งหมดติดตั้งสวิตช์เปิดก่อนและปิดสุดท้ายเพื่อป้องกันการลัดวงจรทันทีเมื่อเปิดหรือปิดช่องสัญญาณ ADG1633 (แพ็คเกจ LFCSP และ TSSOP) และ ADG1634 (แพ็คเกจ LFCSP เท่านั้น) มีอินพุต EN เพื่อเปิดหรือปิดใช้งานอุปกรณ์ โครงสร้าง iCMOS สามารถรับประกันการใช้พลังงานที่ต่ำมาก ดังนั้นอุปกรณ์เหล่านี้จึงเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเครื่องมือแบบพกพาที่ใช้แบตเตอรี่

ADXL367 เป็นมาตรความเร่ง MEMS ที่มีการใช้พลังงานในระดับนาโนเมตร, 3 แกน, ± 2g /± 4g /± 8g เอาต์พุตดิจิทัล ที่อัตราข้อมูลเอาต์พุต 100Hz ใช้เพียง 0.89 µA และในโหมดปลุกที่เปิดใช้งานการทำงาน ใช้เพียง 180 nA ซึ่งแตกต่างจากมาตรความเร่งที่ใช้พลังงานต่ำโดยใช้รอบการทำงานของพลังงาน ADXL367 ไม่ได้ทำให้สัญญาณอินพุตเป็นนามแฝงผ่านการสุ่มตัวอย่างต่ำ แต่จะสุ่มตัวอย่างแบนด์วิดท์เต็มรูปแบบของเซ็นเซอร์ที่อัตราข้อมูลทั้งหมด ADXL367 มีอยู่ในแพ็คเกจขนาด 2.2 มม. x 2.3 มม. x 0.87 มม.

MAX17262 เป็นเกจวัดระดับแบตเตอรี่เซลล์เดียว ModelGauge m5 EZ 5.2µA พร้อมการตรวจจับกระแสไฟในตัว เป็นเกจวัดระดับแบตเตอรี่ที่มี IQ ต่ำที่สุดในอุตสาหกรรม โดยมีเครื่องตรวจจับกระแสไฟในตัวและอัลกอริทึม ModelGauge m5 EZ ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของแบตเตอรี่ MAX17262 สามารถตรวจสอบเซลล์แบตเตอรี่เดียว รวมเครื่องตรวจจับกระแสไฟภายใน และสามารถตรวจจับกระแสไฟพัลส์ได้ถึง 3.1A IC ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการวัดแบตเตอรี่ที่มีความจุตั้งแต่ 100mAhr ถึง 6Ahr MAX17262 มีขนาดเล็ก, ไม่มีสารตะกั่ว, ระยะพิทช์บัดกรี 0.4 มม., 1.5 มม. x 1.5 มม., แพ็คเกจระดับเวเฟอร์ 9 พิน (WLP)

MAX20335 เป็น PMIC ขนาดเล็กสำหรับระบบลิเธียมไอออน พร้อมตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า IQ ต่ำพิเศษและเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ มีโซลูชันการจัดการพลังงานที่เหมาะสมที่สุดและรองรับระบบตรวจสอบ 7 x 24 ชั่วโมงสำหรับอุปกรณ์สวมใส่และ IoT โซลูชันการจัดการการชาร์จแบตเตอรี่ MAX20335 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันแบบสวมใส่ได้พลังงานต่ำ อุปกรณ์นี้มีเครื่องชาร์จแบตเตอรี่แบบเชิงเส้นพร้อมตัวเลือกพลังงานอัจฉริยะและอุปกรณ์ต่อพ่วงที่ปรับให้เหมาะสมกับพลังงานที่หลากหลาย MAX20335 ใช้ลูกบัดกรี 36 ลูก, ระยะพิทช์ลูกบัดกรี 0.4 มม. และแพ็คเกจระดับเวเฟอร์ (WLP) ขนาด 2.72 มม. x 2.47 มม.

บทสรุป

ไมโครคอนโทรลเลอร์พร้อมตัวเร่งฮาร์ดแวร์ AI ในตัวให้โหนดเซ็นเซอร์ไร้สายที่มีความสามารถในการตัดสินใจที่เหนือกว่าและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น ด้วยการใช้ AI ที่ขอบ อายุการใช้งานแบตเตอรี่สามารถขยายได้ถึงอย่างน้อย 50% การวิเคราะห์โหมดที่รวมอยู่ในเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนสามารถเร่งวงจรการพัฒนาเซ็นเซอร์และรับประกันการจับภาพข้อมูลการสั่นสะเทือนคุณภาพสูงจากสินทรัพย์ที่ตรวจสอบ แพลตฟอร์มการตรวจสอบสภาพไร้สาย Voyager4 ที่เปิดตัวโดย ADI ร่วมกับโซลูชันส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องจะเป็นผู้ช่วยที่ดีที่สุดของคุณในการเพิ่มความฉลาดให้กับระบบอุตสาหกรรม