嵌入式智能狀態(tài)監(jiān)視箱（iCOMOX）是一個開源開發(fā)平臺，用于對設(shè)備，資產(chǎn)和工業(yè)設(shè)施進行基于狀態(tài)的監(jiān)視。評估板的目的是監(jiān)視設(shè)備表面的運行狀況，以識別潛在的故障并降低與設(shè)備運行和維護相關(guān)的風(fēng)險。基于狀態(tài)的監(jiān)視可延長設(shè)備的使用壽命，同時最大程度地減少計劃外的停機時間和維護成本。因此，開源平臺推進了工業(yè)4.0自動化的目標(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)測性維護預(yù)測性維護是一項真正的策略，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的業(yè)務(wù)模型，可在公司和客戶之間創(chuàng)造更多價值并節(jié)省大量維護成本。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)可記錄并實時無線傳輸?shù)皆浦校赃M行預(yù)測性維護分析，以優(yōu)化流程并增強安全性。估計，在工廠中有效使用預(yù)測性維護可以最多減少50％的停機時間，并節(jié)省10％至40％的設(shè)備維護成本。

預(yù)測性維護環(huán)境包括一個用于建模，模擬，測試和部署解決方案的平臺。這些工具包括用于檢測機器數(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，溫度和壓力只是可以指示設(shè)備狀態(tài)并識別潛在故障的一些參數(shù)（圖1）。監(jiān)視技術(shù)通常用于壓縮機和泵等設(shè)備。

圖1：用于故障檢測的振動頻率分析

由于振動是不平衡，不對中和其他異常現(xiàn)象的最常見癥狀，因此，預(yù)測性維護通常基于旋轉(zhuǎn)機械的振動分析。同時，溫度傳感器監(jiān)視關(guān)鍵的機器零件，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器磨損。電流傳感器監(jiān)控機器組件的功耗。典型的應(yīng)用是監(jiān)視電動機的電流消耗以衡量磨損。

圖2：預(yù)測性維護

除復(fù)雜的工業(yè)傳感器外，實施預(yù)測性維護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

該平臺配備了振動，磁場，溫度和音頻傳感器（圖5）。它為振動分析提供了寬動態(tài)范圍和出色的信噪比（SNR）。此外，它還可以檢測電動機的噪聲并進行電流分析，從而避免過熱。SmartMesh通信可實現(xiàn)低功耗無線通信。該板可為每個傳感器配置警告和警報級別。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12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC和一個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），計數(shù)器（CTR） ，以及塊加密（CCM / CCM）。

圖7：ADXL356振動傳感器的框圖

振動傳感器是帶有低噪聲微機電系統(tǒng)（MEMS）加速度計的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動矢量，并且具有很高的精度和動態(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，更長的接收距離以及對軟聲和大聲信號的敏感性-從低聲說話到搖滾音樂會。

圖8：IM69D130數(shù)字麥克風(fēng)

該平臺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)計和32位Arm Cortex-M3微處理器，因此可以運行SmartMesh IP網(wǎng)絡(luò)軟件。集成到板上的LTC5800-IPM SoC具有一個芯片功率放大器（PA）和收發(fā)器，因此創(chuàng)建一個完整的無線節(jié)點只需要將功率，晶體和天線與匹配電路去耦。lw