嵌入式智能狀態(tài)監(jiān)視箱（iCOMOX）是一個(gè)開源開發(fā)平臺(tái)，用于對設(shè)備，資產(chǎn)和工業(yè)設(shè)施進(jìn)行基于狀態(tài)的監(jiān)視。評估板的目的是監(jiān)視設(shè)備表面的運(yùn)行狀況，以識(shí)別潛在的故障并降低與設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。基于狀態(tài)的監(jiān)視可延長設(shè)備的使用壽命，同時(shí)最大程度地減少計(jì)劃外的停機(jī)時(shí)間和維護(hù)成本。因此，開源平臺(tái)推進(jìn)了工業(yè)4.0自動(dòng)化的目標(biāo)，以通過數(shù)字解決方案提高生產(chǎn)效率。工業(yè)4.0的預(yù)測性維護(hù)預(yù)測性維護(hù)是一項(xiàng)真正的策略，由智能IoT傳感器和嵌入式控制解決方案提供支持，這些解決方案提供了先進(jìn)的業(yè)務(wù)模型，可在公司和客戶之間創(chuàng)造更多價(jià)值并節(jié)省大量維護(hù)成本。傳感器可用于連續(xù)監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備，生產(chǎn)數(shù)據(jù)可記錄并實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)皆浦?，以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)分析，以優(yōu)化流程并增強(qiáng)安全性。估計(jì)，在工廠中有效使用預(yù)測性維護(hù)可以最多減少50％的停機(jī)時(shí)間，并節(jié)省10％至40％的設(shè)備維護(hù)成本。

預(yù)測性維護(hù)環(huán)境包括一個(gè)用于建模，模擬，測試和部署解決方案的平臺(tái)。這些工具包括用于檢測機(jī)器數(shù)據(jù)中的模式的工業(yè)數(shù)據(jù)集成和分析算法，以及用于確定要采取的糾正措施的根本原因分析工具。
振動(dòng)，溫度和壓力只是可以指示設(shè)備狀態(tài)并識(shí)別潛在故障的一些參數(shù)（圖1）。監(jiān)視技術(shù)通常用于壓縮機(jī)和泵等設(shè)備。

圖1：用于故障檢測的振動(dòng)頻率分析

由于振動(dòng)是不平衡，不對中和其他異?，F(xiàn)象的最常見癥狀，因此，預(yù)測性維護(hù)通?；谛D(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)分析。同時(shí)，溫度傳感器監(jiān)視關(guān)鍵的機(jī)器零件，以檢測工作條件的變化。
油微粒傳感器監(jiān)控潤滑系統(tǒng)中的微粒污染水平；顆粒數(shù)量的增加可能表明機(jī)器磨損。電流傳感器監(jiān)控機(jī)器組件的功耗。典型的應(yīng)用是監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的電流消耗以衡量磨損。

圖2：預(yù)測性維護(hù)

除復(fù)雜的工業(yè)傳感器外，實(shí)施預(yù)測性維護(hù)模型還需要控制技術(shù)（通常通過生產(chǎn)控制軟件）。所采集的數(shù)據(jù)通過IO-Link或其他控制系統(tǒng)發(fā)送到可編程邏輯控制器（PLC），目的是智能管理當(dāng)前和將來的機(jī)器操作（圖2）。讓我們與Arrow合作回顧Shiratech iCOMOX主板。
外觀精美的iCOMOX套件提供了兩種設(shè)備：實(shí)際板卡和用于SmartMesh無線通信的控制集線器（加密狗）。包括用于固件升級的連接電纜和用于最佳安裝的支撐結(jié)構(gòu)（圖3和4）。

圖3：iCOMOX套件

圖4：用于SmartMesh控制的卡（頂部）和無線集線器

該平臺(tái)配備了振動(dòng)，磁場，溫度和音頻傳感器（圖5）。它為振動(dòng)分析提供了寬動(dòng)態(tài)范圍和出色的信噪比（SNR）。此外，它還可以檢測電動(dòng)機(jī)的噪聲并進(jìn)行電流分析，從而避免過熱。SmartMesh通信可實(shí)現(xiàn)低功耗無線通信。該板可為每個(gè)傳感器配置警告和警報(bào)級別。緊湊的外形尺寸以及CE和FCC認(rèn)證完善了這些功能。

圖5：iCOMOX板上的傳感器和組件的布置

該系統(tǒng)的核心是ADuCM4050超低功耗Arm Cortex-M4F處理器，該處理器具有通過SensorStrobe技術(shù)進(jìn)行集成的電源管理。MCU還具有數(shù)字外設(shè)，SRAM和內(nèi)置閃存的集合，以及提供時(shí)鐘，復(fù)位和電源管理功能的模擬子系統(tǒng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）子系統(tǒng)具有一個(gè)12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC和一個(gè)1.8Msps的八通道轉(zhuǎn)換器，用于數(shù)據(jù)采集（圖6）。

圖6：ADuCM4050的框圖

Arm Cortex-M4F處理器具有高達(dá)52MHz的性能和帶有糾錯(cuò)碼（ECC）的512KB內(nèi)置閃存，提供了可選的4KB高速緩存，以降低有功功率，并具有奇偶校驗(yàn)的128KB系統(tǒng)SRAM。ADuCM4050的加密硬件支持帶安全哈希算法（SHA）-256的高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）-128和AES-256以及以下模式：電子密碼本（ECB），塊加密（CBC），計(jì)數(shù)器（CTR） ，以及塊加密（CCM / CCM）。

圖7：ADXL356振動(dòng)傳感器的框圖

振動(dòng)傳感器是帶有低噪聲微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加速度計(jì)的Analog Devices ADXL356（圖7）。該IC在–40°C至125°C的溫度范圍內(nèi)具有出色的長期穩(wěn)定性。Bosch BMM150三軸磁場傳感器可提供絕對的空間方向和運(yùn)動(dòng)矢量，并且具有很高的精度和動(dòng)態(tài)性。
Infineon Technologies的IM69D130是一款高性能數(shù)字MEMS麥克風(fēng)，它采用了Infineon的Dual Backplate MEMS技術(shù)，可提供105 dB的動(dòng)態(tài)范圍和高達(dá)130 dBSPL的輸出線性度（圖8）。結(jié)果是清晰的音頻信號(hào)，更長的接收距離以及對軟聲和大聲信號(hào)的敏感性-從低聲說話到搖滾音樂會(huì)。

圖8：IM69D130數(shù)字麥克風(fēng)

該平臺(tái)中使用的溫度傳感器是ADT7410，精度為±0.5°C，分辨率為16位。它測量的溫度范圍為–55°C至150°C。
該板卡通過加密狗LTC5800通過SmartMesh網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)共享和管理。LTC5800-IPM片上系統(tǒng)具有Dust Networks的高度集成，低功耗無線電設(shè)計(jì)和32位Arm Cortex-M3微處理器，因此可以運(yùn)行SmartMesh IP網(wǎng)絡(luò)軟件。集成到板上的LTC5800-IPM SoC具有一個(gè)芯片功率放大器（PA）和收發(fā)器，因此創(chuàng)建一個(gè)完整的無線節(jié)點(diǎn)只需要將功率，晶體和天線與匹配電路去耦。lw