Nowoczesne systemy embedded w analizatorach PHM/SHM

Zautomatyzowane systemy PHM/SHM (Structural Health Monitoring/Prognostics And Health Management) są stosowane w coraz większej liczbie aplikacji, czemu sprzyjają ich malejące ceny i rosnące możliwości. Połączeniu tych dwóch sprzecznych kierunków sprzyjało pojawienie się na rynku sensorów MEMS oraz mniej lub bardziej zaawansowanych systemów sztucznej inteligencji. Jedno z takich urządzeń, przeznaczone do monitorowania stanu technicznego konstrukcji żelbetonowych oraz elementów przemysłowych układów napędowych, w całości opracowane i produkowane w Polsce, przedstawiamy w artykule.

Posłuchaj
00:00

Urządzenie xHMAnalyzer (fot. 1) zostało opracowane w latach 2020–2021 przez podwarszawską firmę BTC Korporacja, we współpracy z Instytutem Systemów Elektronicznych Wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej.

 
Fot. 1. Wygląd płytek urządzenia xHMAnalyzer

Urządzenie składa się z trzech zasadniczych modułów: płyty bazowej zawierającej peryferia komunikacyjne urządzenia, modułu obliczeniowego z mikroprocesorem z rdzeniem Cortex-A7 oraz głowicy sensorycznej. W zależności od planowanego zastosowania xHMAnalyzera budowa mechaniczna i oprzyrządowanie modułu głowicy mogą się zmieniać, a modułowa konstrukcja urządzenia zapewnia łatwe zmodyfikowanie konfiguracji systemu pomiarowego. Bazowa głowica pomiarowa, opracowana przez zespół kierowany przez profesora Tomasza Stareckiego (WEiTI PW), została wyposażona w 6 inercyjnych sensorów MEMS, w których zintegrowano sprzętowe mechanizmy wspomagające realizację algorytmów AI, co okazało się trafionym pomysłem – blisko 85% dotychczas wyprodukowanych urządzeń jest wyposażonych w takie właśnie rozwiązanie.

Po blisko dwóch latach produkcji xHMAnalyzera pojawił się pomysł powiększenia jego funkcjonalności i poprawienia cech użytkowych poprzez zastosowanie nowocześniejszego modułu obliczeniowego, wyposażonego w koprocesor wspomagający obliczenia AI. Ze względu na charakterystykę użytkową urządzenia (pobór mocy i ilość wydzielanego ciepła), nie było możliwe skorzystanie z popularnych rozwiązań sprzętowych AI firmy Nvidia.

 
Rys. 2. Schemat blokowy procesora RZ/V2L

Analiza rozwiązań dostępnych na rynku energooszczędnych podzespołów embedded skierowała uwagę zespołu konstrukcyjnego na nowoczesne mikroprocesory heterogeniczne firmy Renesas z rodziny RZ/V2L. Poza zintegrowanymi dwoma rdzeniami aplikacyjnymi Cortex-A55 i rdzeniem real-time Cortex-M33, w procesorach RZ/V2L zintegrowano standardowe peryferia systemowe (Ethernet, I²S, I²C, SPI, UART, USB, SDI, CAN itd.) oraz koprocesor AI o nazwie DRP-AI (Dynamically Reconfigurable Processor AI). Schemat blokowy procesora RZ/V2L pokazano na rysunku 2.

 
Fot. 3. Wygląd zestawu ewaluacyjnego z procesorem RZ/V2L (VisionCB-V2L i VisionSOM-V2L)

Deklarowane przez producenta cechy i parametry mikroprocesorów RZ/V2L poddano weryfikacji w realnych aplikacjach, co wymagało zaprojektowania modułu obliczeniowego (w formacie SODIM) i carrier-boarda (fot. 3). Testy zakończyły się pomyślnie, a jednym z elementów potwierdzających słuszność wyboru ścieżki było dobrze przygotowane przez firmę Renesas środowisko programistyczne, które pozwoliło zintegrować w systemowej sieci AI także interfejsy sprzętowe sensorów MEMS.

Produkcja

 
Fot. 4. Wdrażany projekt modułu obliczeniowego jest uniwersalny – może być wyposażony także w procesor RZ/G2L

Wdrożenie do produkcji w firmie BTC Korporacja nowej wersji xHMAnalyzera, a szczególnie modułu obliczeniowego bazującego na procesorze Renesas RZ/V2L (fot. 4), wymagało doinwestowania firmowego parku maszynowego SMT i stało się możliwe dzięki wsparciu uzyskanemu przez firmę BTC Korporacja w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014–2020. Zastosowanie w linii produkcyjnej nowoczesnych urządzeń montażowych znosi wiele ograniczeń technologicznych, które zawężały konstruktorom – m.in. ze względu na wymiary lub raster wyprowadzeń elementów – możliwości doboru optymalnych elementów do projektu. Pozwoliło to opracować urządzenie o mniejszym zużyciu energii, mniejszych wymiarach, nowocześniejszym systemie komunikacji radiowej oraz większych możliwościach lokalnej analizy sygnałów (edge computing), w tym ze wsparciem AI i uczenia maszynowego – bazujących na standardowych frameworkach.

Wdrożenie do produkcji nowej wersji xHMAnalyzera bazującego na module z procesorem RZ/V2L jest planowane na drugą połowę 2024 roku. Projekt jest realizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014–2020 (RPO WM 2014–2020).

 

BTC Korporacja Kontakt w sprawie prezentowanego rozwiązania (dla OEM): biuro@btc.pl
www.btc.pl

Powiązane treści
Mikrokontrolery i IoT
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Produkcja elektroniki
Stopy niskotemperaturowe w produkcji elektroniki
Komponenty
Kompaktowy format, pełna funkcjonalność - jak nowe e.MMC odpowiadają na wymagania współczesnych projektów
Komponenty
Pojemnościowy przycisk dotykowy od Unisystemu
Produkcja elektroniki
Sprzęt lutowniczy firmy WELLER
Optoelektronika
Jak dobrać wyświetlacz do aplikacji? Poradnik od Unisystemu
Produkcja elektroniki
Odzież ESD w praktyce: bezpieczeństwo i komfort
Zobacz więcej z tagiem: Mikrokontrolery i IoT
Gospodarka
Texas Instruments kupuje Silicon Labs za 7,5 mld USD i wzmacnia segment bezprzewodowej łączności IoT
Prezentacje firmowe
Mikrokontrolery PIC32CZ CA: bezpieczeństwo połączone z komunikacją
Gospodarka
Mouser Electronics rozszerza ofertę IoT – globalna umowa dystrybucyjna z Telit Cinterion

Projektowanie układów chłodzenia w elektronice - metody obliczeniowe i symulacyjne

Rosnące straty mocy w nowoczesnych układach elektronicznych sprawiają, że zarządzanie temperaturą przestaje być jedynie zagadnieniem pomocniczym, a staje się jednym z kluczowych elementów procesu projektowego. Od poprawnego odprowadzania ciepła zależy nie tylko spełnienie dopuszczalnych warunków pracy komponentów, lecz także długoterminowa niezawodność urządzenia, jego trwałość oraz zgodność z obowiązującymi normami. W niniejszym artykule przedstawiono uporządkowane podejście do projektowania układów chłodzenia, obejmujące metody obliczania strat mocy, analizę termiczną oraz wykorzystanie narzędzi symulacyjnych, w tym modeli cieplnych implementowanych w środowiskach symulacji elektrycznych.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów