嵌入式智能狀態監視箱（iCOMOX）是一個開源開發平臺，用于對設備，資產和工業設施進行基于狀態的監視。評估板的目的是監視設備表面的運行狀況，以識別潛在的故障并降低與設備運行和維護相關的風險。基于狀態的監視可延長設備的使用壽命，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4.0自動化的目標，以通過數字解決方案提高生產效率。工業4.0的預測性維護預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務模型，可在公司和客戶之間創造更多價值并節省大量維護成本。傳感器可用于連續監控關鍵設備，生產數據可記錄并實時無線傳輸到云中，以進行預測性維護分析，以優化流程并增強安全性。估計，在工廠中有效使用預測性維護可以最多減少50％的停機時間，并節省10％至40％的設備維護成本。

預測性維護環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據中的模式的工業數據集成和分析算法，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備狀態并識別潛在故障的一些參數（圖1）。監視技術通常用于壓縮機和泵等設備。

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象的最常見癥狀，因此，預測性維護通常基于旋轉機械的振動分析。同時，溫度傳感器監視關鍵的機器零件，以檢測工作條件的變化。
油微粒傳感器監控潤滑系統中的微粒污染水平；顆粒數量的增加可能表明機器磨損。電流傳感器監控機器組件的功耗。典型的應用是監視電動機的電流消耗以衡量磨損。

圖2：預測性維護

除復雜的工業傳感器外，實施預測性維護模型還需要控制技術（通常通過生產控制軟件）。所采集的數據通過IO-Link或其他控制系統發送到可編程邏輯控制器（PLC），目的是智能管理當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構（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技術進行集成的電源管理。MCU還具有數字外設，SRAM和內置閃存的集合，以及提供時鐘，復位和電源管理功能的模擬子系統。模數轉換（ADC）子系統具有一個12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC和一個1.8Msps的八通道轉換器，用于數據采集（圖6）。

圖6：ADuCM4050的框圖

Arm Cortex-M4F處理器具有高達52MHz的性能和帶有糾錯碼（ECC）的512KB內置閃存，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SRAM。ADuCM4050的加密硬件支持帶安全哈希算法（SHA）-256的高級加密標準（AES）-128和AES-256以及以下模式：電子密碼本（ECB），塊加密（CBC），計數器（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（MEMS）加速度計的Analog Devices ADXL356（圖7）。該IC在–40°C至125°C的溫度范圍內具有出色的長期穩定性。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性。
Infineon Technologies的IM69D130是一款高性能數字MEMS麥克風，它采用了Infineon的Dual Backplate MEMS技術，可提供105 dB的動態范圍和高達130 dBSPL的輸出線性度（圖8）。結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數字麥克風

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網絡提供數據共享和管理。LTC5800-IPM片上系統具有Dust Networks的高度集成，低功耗無線電設計和32位Arm Cortex-M3微處理器，因此可以運行SmartMesh IP網絡軟件。集成到板上的LTC5800-IPM SoC具有一個芯片功率放大器（PA）和收發器，因此創建一個完整的無線節點只需要將功率，晶體和天線與匹配電路去耦。lw