Praktično vsi, ki berete ta prispevek, poznate Embedded World (EW) konferenco, ki jo je spremljal tudi sejem. Na EW smo srečevali inženirje iz vsega sveta, zato je postal tako popularen dogodek med obiskovalci, ki so večinoma razvojniki. Kje najdeš najbolj pisano druščino inženirjev z vsega sveta na enem mestu? Seveda je to EW – vendar se bojimo, da letos ni bilo tako.
EW2021 je bi, kot omenjeno, izveden v spletni varianti. Tokrat se nismo zgodaj zjutraj vozili v Nürnberg, nismo zvečer obiskali najboljše restavracije s hrano z žara, pač pa smo vsak za svojim monitorjem brskali po EW spletišču.
Letošnji EW 2021 je po podatkih organizatorjev imel 13.441 registriranih obiskovalcev iz več kot 100 držav. Na EW 2021 je sodeloval 301 razstavljalec, na konferencah pa je sodelovalo preko 800 udeležencev. Glavni partnerji EW 2021 so bili ARM, EBV Elektronik, Intel, Microsoft, Mouser Electronics, Samtec and STMicroelectronics.
Tudi tokrat nas razstavljalci niso razočarali. Videli in slišali smo veliko zanimivega in upamo, da bo branje tega članka zanimivo tudi za vas. Ampak – kot pravijo angleško govoreči – first things first: spoznajte se s spletno stranjo EW2021.
Sejem, ki te prestavi v avlo
Kar ste prebrali je najmanj nenavadno, ampak v primeru EW drži kot pribito. Letošnji EW je bil zaradi Covid19 situacije izveden v spletni izvedbi tako, kot marsikateri dogodek doslej. Tako smo videli največji sejem electronica 2020 v spletni izvedbi. In nismo bili navdušeni. Spletni vmesnik je bil sicer grafično všečen, ampak malce neroden in predvsem izjemno počasen. In to ni bila samo naša ugotovitev, pač pa tudi drugih kolegov, ki so brskali po spletišču electronice 2020.
EW je imel sicer hitrejši spletni vmesnik, strani so imele všečen grafični vmesnik in se nalagale hitro. Imeli smo pa kar nekaj tipkanja ob registraciji (cca. 20 strani) preden smo lahko “vstopili” na spletišče. Res je, da so organizatorji opozarjali, da je treba stran z odgovori shraniti kot bookmark, vendar kakšen neučakan obiskovalec hitro spregleda opozorilo in je moral ob naslednjem obisku spletišča spet odgovarjati na tistih 20 vprašanj.
Spletna stran je omogočala lepo strukturiran izbor med tematikami, kar je gotovo pohvalno.
Mimogrede – ko že ravno gledate sliko 1 vam lahko zaupam, da sta se med 8-bitniki predstavila samo proizvajalca ARM in STM. Že to daje slutiti, da se vsi veliki niso udeležili EW 2021 spletne konference.
Če nadaljujem opis spletne strani in se navežem na podnaslov, da vas sejem vrže v avlo, smo to izkusili takoj na začetku brskanja. Najprej smo porabili nekaj časa za izbor vseh zanimivih kategorij, podkategorij in pod-pod kategorij, izbrali nek izdelek – recimo razvojno ploščo nekega proizvajalca in si ogledali njene karakteristike. Ko smo se želeli vrniti na izbor in (kot običajno) kliknili “Nazaj” se je izkazalo, da se je izbor kategorij ponastavil! To izgleda tako, kot če bi v živo vstopili na sejem, vstopili v izbrano dvorano, si ogledali nek zanimiv štant in ravno, ko bi se obrnili, da bi si pogledali še nek drug štant v tej dvorani, vas “sejem prestavi” iz dvorane v avlo! Neprijetno res…
Če pa pustimo navedeni neprijetnosti ob strani in se osredotočimo na samo vsebino, je EW 2021 imel kaj pokazati.
Tako ste lahko med obilico izdelkov opazili BME688 proizvajalca Bosch. BME688 je senzor plina z vgrajeno AI – torej umetno inteligenco. Nahaja se v majhnem ohišju z dimenzijami 3x3x0,9 mm in lahko zazna hlapne organske spojine (ang. VOC), hlapne žveplene spojine (angl. VSC) in druge pline, kot na ogljikov monoksid in vodik v resoluciji 1 delec na milijardo! BME688 ima vgrajeno tudi funkcijo skeniranja. V standardni konfiguraciji se zazna VSC in BME688 deluje kot detektor – recimo za rast bakterij. Plinski skener pa se da nadgraditi glede na občutljivost, selektivnost, hitrost prenosa podatkov in porabo energije. K temu pripomore tudi BME AI-Studio orodje, ki strankam omogoča, da BME688 trenirajo za njihove specifične načine uporabe v IoT proizvodih oziroma proizvodih za Pameten dom.
S1
Podjetje u-blox pa je presenetilo z GPS modulom, ki omogoča neverjetno ločljivost. Proizvajalec namreč navaja, da ZET-F9P modul dosega centimetrsko ločljivost pri meritvah GPS lokacije. Modul temelji na u-blox F-9 sprejemni platformi, ki omogoča sprejem večjega števila različnih GPS satelitov in protokolov. Modul ima vgrajeno Rtk tehnologijo, ki omogoča centimetrsko ločljivost!
S2
Podjetje Analog Devices (ADI) je predstavilo zanimivo softversko orodje, ki poenostavi načrtovanje DC/DC pretvornikov v naših vezjih. ADI je na EW 2021 predstavilo LTpowerTools programsko opremo.
S3
Programski paket je zelo intuitiven in prijazen za uporabo. Tako najprej v LTpowerPlanner načrtujemo blok shemo naših napajalnikov. V blok shemi določimo vhodno in vse izhodne napetosti skupaj z zahtevano porabo.
S4
Za energetsko občutljive primere lahko tudi primerjamo dve rešitvi in izberemo energetsko najbolj učinkovito.
S5
Ko smo izbrali ustrezno konfiguracijo v naslednjem koraku lahko že bolj podrobno izbiramo posamezne komponente.
S6
Program nam tudi omogoči izbor posameznih čipov znotraj naloženih knjižnic.
S7
V naslednjem koraku se nam že pokaže električna shema vezja z izbranim čipom. V tem koraku že lahko izbiramo posamezne komponente v vezju, kot so tuljave in kondenzatorji.
S8
To nam bo prišlo prav prav pri naslednjem koraku, ki se imenuje Optimizacija izkoristka.
S9
Program nam omogoča pregled diagramov prehodnih pojavov in njihovo optimizacijo.
S10
V naslednjem koraku pa vezje lahko tudi simuliramo v znanem orodju LTspice.
S11
Tako v zadnjem koraku samo še dokončamo vezje in izpišemo spisek uporabljenih elementov.
S12
Ampak – kot pravijo nekatere komercialne reklame – to pa še ni vse. Res je, programski paket nam ponudi tudi ustrezen predogled načrta tiskanega vezja za izbrane komponente.
S13
Program je brezplačno na voljo na spletnih straneh podjetja ADI.
AI v ADI OtoSense ™
ADI OtoSense ™ je platforma za zaznavanje, ki jo poganja umetna inteligenca (AI) in lahko zajema kakršne koli fizikalne veličine, kot so zvok, vibracije, tlak, tok in temperatura, se ob tem uči in na podlagi trenutnega stanja sklepa, v kakšnem stanju je opazovana naprava. Z vrsto zmožnosti za neprekinjeno spremljanje stanja lahko analizira stanje stroja, nadzira proizvodne procese in zazna nepravilnosti, še preden nastanejo težave. Modeli umetne inteligence delujejo na robu torej v neposredni bližini strojev, da lahko svoje storitve zagotavljajo v realnem času, prek spleta in tudi brez takšne povezave, s čimer se lahko izognemo nepotrebnim izpadom proizvodnje, katastrofalni škodi ali okvaram.
S14
Z ADI OtoSense platformo dobimo v primerjavi s tradicionalnimi metodami testiranja vzorcev izboljšan nadzor kakovosti za čisto vse izdelke na neki proizvodni liniji. Uporablja se lahko tudi v proizvodnih procesih, kjer operaterjem pomaga pri spremljanju domnevnih problematičnih področij z ugotavljanjem in diagnosticiranjem temeljnih vzrokov za težave v zvezi s tehnološkimi postopki. Omogoča avtomatiziran postopek tako, da hitreje in na podlagi umetne inteligence tudi bolje odloča o primernosti izdelkov in o neobičajnih izdelkih z uporabo interpretacije zvoka in vibracij. Tako lahko zazna veliko število potencialno okvarjenih enot, s čimer zmanjša število vrnjenih izdelkov s strani kupcev in stroške garancije. Ustvari lahko tudi podatkovno bazo zanesljivih in standardiziranih podatkov za vse proizvode v celotnem podjetju.
S15
Seveda pa s tem niso izčrpane vse možnosti te platforme. Omogoča namreč tudi spremljanje stanja katere koli naprave v realnem času. Zazna nenormalno dogajanje na vrtljivih ali nevrtljivih strojih, s čimer zagotavlja zmanjšanje nepredvidenih izpadov in optimizacijo razporeditve sredstev za vzdrževanje. Poleg tega nadzira sredstva na robu in omogoča nadzor nad podatki, ki jih odpošlje robna naprava. Ker naprave delujejo na robu, se podatki, ki gredo v oblak, filtrirajo in v oblak se pošljejo v analizo le najpomembnejši podatki, s čimer se zmanjšajo tako računalniške potrebe kot tudi zakasnitev glede na realni čas. Tako postane ob usposobljenih strokovnjakih tudi močno diagnostično orodje.
Hkrati obstaja tudi prenosna rešitev za vzdrževanje in pregled sredstev na kraju samem, tudi na oddaljenih lokacijah, saj z njo lahko nadziramo več vrst opreme na isti prenosni napravi z zbiranjem podatkov na zahtevo. Omogoča hitro, zanesljivo in standardizirano zbiranje podatkov, katere lahko podjetje enostavno deli, recimo z zunanjimi partnerji. Tudi prenosna rešitev zagotavlja takojšnjo zdravstveno oceno sredstva s pomočjo zvoka in vibracij, ki jih zberemo s prenosno napravo. Prilagodljivost za spremljanje naprav na oddaljeni lokaciji na daljavo omogoča diagnozo kjer koli in pomaga terenskim vzdrževalcem, da spremljajo stanje teh naprav.
Sem spada tudi predvidljivo vzdrževanje električnih motorjev na podlagi njihove zmogljivosti za diagnosticiranje kritičnih napak na motorjih, ki se odražajo s temperaturo, vibracijami in magnetnim tokom. Analog Devices za spremljanje stanja motorjev ponuja napravico, ki se imenuje ADI OtoSense SMS (Smart Motor Sensor). Pametni motorni senzor je brezžično povezan senzorski modul, ki spremlja stanje in delovanje motorjev v realnem času. Motorju prigrajena SMS naprava pošilja obvestila, ki vsebujejo diagnostiko, stopnjo resnosti okvare in priporočene ukrepe za razpored korektivnega vzdrževanja, s čimer se izognemo dragim prekinitvam v delovanju. Diagnostika je dostopna prek spleta in mobilne programske platforme in omogoča vpogled v stanje motorja, s čimer prispeva k povečanju produktivnosti.
SMS naprava na motorju se v danih delovnih pogojih in obremenitvah nauči, kakšno je brezhibno delovanje tega motorja in na podlagi teh podatkov z učenjem in s pomočjo umetne inteligence izdela model tega motorja. Trenutno stanje potem primerja s tem modelom in vsa odstopanja takoj zazna. Napravica osvežuje podatke vsakih 20 minut, kar je zelo pogosto v primerjavi s konkurenčnimi rešitvami, ki imajo osveževanje na uro, štiri ure, celo 24 ur. Napako ali nevarnost okvare lahko tako že zgodaj odkrijemo in ustrezno ukrepamo, da se proizvodnja ne ustavi. Kljub tako pogostemu osveževanju podatkov pa zagotavljajo eno leto delovanja naprave z enim baterijskim kompletom. Prenos podatkov v oblak je izveden prek varne povezave, ki zagotavlja vso potrebno varnost za industrijske IoT aplikacije. V oblaku se nahaja digitalni dvojček motorja, model, ki je bil izdelan na podlagi delovanja motorja ob zagonu in prispeli podatki se primerjajo s podatki tega digitalnega dvojčka. Vsa odstopanja povzročijo obdelavo z umetno diagnostiko, ki oceni, kje se skriva vir prihajajočih težav in kdaj lahko pričakujemo resnejše težave.
S16
Rešitev ni poceni, če jo gledamo le kot malo oranžno škatlico s prilepljeno ceno, vsekakor pa moramo razmisliti o tem, kako pomembno nam je, da motorji delujejo brez prekinitev in da stroški zaradi posledic okvar ne narastejo prek vseh meja. Prav gotovo ne smemo zanemariti tudi bolj organiziranega in učinkovitega dela vzdrževalne službe na podlagi predvidljivega vzdrževanja, saj gre za diagnostiko v zvezi z električnimi in mehanskimi napakami na motorju, ko ta še deluje. Če vzamemo primer kompresorjev za hladilnice v eni od tovarn brezalkoholnih pijač v Španiji, so s takšnimi senzorji podaljšali življenjsko dobo svojih kompresorjev za štiri do šest let, ker je bilo njihovo vzdrževanje pravočasno in ciljno usmerjeno k viru težav. Poleg tega niso imeli zaradi kompresorjev nobenega zastoja ali povzročene škode zaradi njihovega nedelovanja. Če je podjetju to pomembno, je čisto enostavno izračunati, kje je mogoče prihraniti!
SWIO, programsko nastavljive vhodno-izhodne funkcije
AD74412R in AD74413R sta visoko zmogljivi, štirikanalni, programsko nastavljivi vhodno – izhodni rešitvi (SWIO) za gradnjo in nadzor procesov. Vsebujeta funkcionalnosti za uporabo kot analogni izhod (v obliki toka in napetosti), kot analogni vhod (prav tako za merjenje toka in napetosti), kot digitalni vhod in kot uporovni merilnik temperature (RTD), vse pa je integrirano v rešitvi z enim samim čipom. AD74412R je namenjen tržišču nadzora zgradb in ima temperaturno delovno območje delovanja v okolju do 85 °C, medtem ko je AD74413R združljiv s HART, deluje do temperature okolice 105 ° C in vključuje podporo za vhode tipa I / II / III po IEC61131-2. Oba čipa vsebujeta 16-bitni ADC in štiri 13-bitne DAC-je, ki zagotavljajo štiri neodvisno nastavljive vhodno-izhodne kanale in širok nabor vgrajenih diagnostik in opozoril.
S17
Prednosti programskega definiranja funkcij delovanja so očitne. Uporabniki, torej razvojni inženirji, imajo možnost uporabe istega čipa za celo vrsto različnih naprav, s kakršnokoli kombinacijo funkcij na svojih štirih kanalih in pri tej izbiri ni nobenih omejitev. Poleg tega vsebuje most T1L za povezavo z Ethernetom, torej prisotnost in dostopnost v lokalnem omrežju in s svojo visoko stopnjo prilagodljivosti omogoča trdno platformo, s katero se občutno zmanjša potreben čas za raziskave in razvoj, znižajo stroški logistike in podpore in skrajša čas do prodaje končnih izdelkov.
Z zagotavljanjem visoke stopnje prilagodljivosti z možnostjo izbire katerekoli funkcije SWIO omogoča veliko bolj preprosto načrtovanje in postopek namestitve, saj je funkcionalnost programsko nastavljiva ob namestitvi.
S18
Kot sistemsko rešitev podjetje Analog Devices ponuja kombinacijo z ADP1032, ki je napajalni del za AD74413R in hkrati deluje kot optimiziran in robusten ločilni del za optično ločen prenos podatkov.
Morda bo bralcem, ki jih zanimajo novosti, zanimivo tudi to, da se je s to novostjo mogoče poigrati tudi nam, čisto navadnim navdušencem, saj je podjetje Mikroelektronika že razvilo Click ploščico z vgrajenim čipom AD74413R, s katero lahko sami preizkusimo prednost, uporabnost in prilagodljivost teh čipov s programsko nastavljivimi vhodi in izhodi.
S19
Napajanje prek podatkovnih linij (PoDL)
V preteklosti je nastajalo veliko različnih komunikacijskih protokolov, katerih lastniki so bila različna svetovna podjetja, ki so te protokole razvijala za komunikacijo med svojimi napravami, zato so bili zaprti, za javnost nedokumentirani in največkrat nezdružljivi s katerimkoli drugim protokolom v tem ekosistemu. Ves čas je bil prisoten tudi odprt protokol TCP-IP, ki se je nazadnje zaradi svoje odprtosti uspel uveljaviti kot najbolj uporaben, robusten in preprost, zato ga v današnjem času uporabljajo vsi dobro znani in priznani standardizirani protokoli, ki jih ponujajo različni proizvajalci. Kljub temu še nikomur med njimi ni uspelo združiti dve podatkovni liniji in napajanje za oddaljene priključene naprave
S20
Podjetje Analog Devices je na letošnjem sejmu prvo v tej veji industrije predstavilo rešitev napajanja prek podatkovnih linij (PoDL) za Ethernet sisteme, ki uporabljajo le dve liniji, torej en sam par prepletenih bakrenih žic.
S21
Vse, kar je digitalizirano, lahko opredelimo kot del informacijske tehnologije (IT) ali del operacijske tehnologije (OT). Naprave, ki spadajo k operacijski tehnologiji, razumljivo potrebujejo za svoje delovanje neko napajanje, včasih pa so njihove energetske potrebe lahko tudi zelo velike. Do končnih točk OT je zelo nepriročno voditi podatkovni in napajalni kabel, zato je zelo dobrodošla ADI-jeva rešitev napajanja prek Etherneta po eni sami bakreni parici (Single Pair Power ovet Ethernet). To pomeni, da lahko s to rešitvijo vse oddaljene naprave napajamo prek istih dveh žic, po katerih se pretakajo tudi podatki v obe smeri. S tem je odpravljena potreba po zagotavljanju napajalnih virov za vsako posamezno priključeno napravo z vgrajeno elektroniko, kar je včasih zaradi težke dostopnosti do teh naprav zelo težko zagotoviti.
S22
Če vzamemo le primer v avtomobilski industriji, je napajanje za vse oddaljene sisteme, ki potrebujejo napajanje, lahko izvedeno prek podatkovnih linij:
S23
Poleg izmenjave običajnih podatkov je na začetku linije dodan tudi napajalni vir (PSE), na koncu linije pa lahko to napajanje (PD) uporabi oddaljena naprava za svoje delovanje.
S24
Prednosti takšne oblike napajanja je gotovo manjši volumen in teža kablov, oziroma ožičenja, kar je zlasti pomembno v avtomobilski industriji, poleg tega pa se znižajo proizvodni stroški. Takšna oblika napajanja se odlikuje tudi z zelo majhnim priključkom, izboljšana pa je tudi robustnost in zanesljivost delovanja napajane naprave. Za interno komunikacijo delovanja napajanja uporablja standardizirane protokole, ki med drugim tudi omogočajo, da se oddaljena naprava ne vklopi, dokler ni zaznano napajanje, da se napajanje izklopi, ko odklopimo napravo in se takoj odklopi, če pride v njenem delovanju do kratkega stika.
Obstajata dve kratici, s katerimi se srečujemo, to je PoDL (Power over Data Line), ki je namenjen avtomobilski industriji in SPoE (Single-pair Power over Ethernet), ki se uporablja za operacijsko tehnologijo, predvsem pri avtomatizaciji zgradb.
S25
Primerjava iste rešitve za avtomobilsko industrijo in aplikacije operacijske tehnologije ter hitrosti prenosov in dolžine podatkovnih linij prikazuje naslednja slika:
S26
Seveda pa so dejanske moči, s katerimi lahko napajamo oddaljeno priključene naprave prek podatkovnih linij odvisne tudi
od napajalne napetosti in dolžine prepletene bakrene parice in za primerjavo znašajo:
S27
Vsekakor gre za inovativno rešitev, ki odpravlja vrsto težav v zvezi z napajanjem in prinaša nove možnosti za napajanje in uporabo najrazličnejših oddaljenih naprav.
Sledenje gibom in premikanju z uporabo tehnologije Time of Flight
Tehnologija 3D prostorskega zaznavanja je napredovala z neverjetno hitrostjo in je bila hitro sprejeta na številnih novih področjih uporabe. Tradicionalno usmerjena na potrošniška AR in VR področja, igre na srečo in trg mobilne telefonije, se vse bolj pojavlja njena uporaba tudi na ostalih tržiščih.
S28
Od dimenzioniranja v logistiki, robotiki in navigaciji v industriji, štetju in klasifikaciji ljudi v pametnih zgradbah do gest v avtomobilski industriji bodo številne nove aplikacije koristile visoko zmogljivo merjenje globine s tehnologijo TOF v industriji. Podjetje Analog Devices je skupaj z Microsoftom sodelovalo pri množični proizvodnji najsodobnejših izdelkov za rešitve 3D-upodabljanja. ADI-jevo tehnično znanje bo nadgradilo Microsoftovo tehnologijo Azure Kinect, s čimer bo vodilnim rešitvam ToF zagotovilo veliko širša tržišča na področjih, kot so industrija 4.0, avtomobilska industrija, igre na srečo, obogatena resničnost (AR), računalniška fotografija in videografija.
Trenutno se na industrijskem trgu pojavljajo prizadevanja za 3D-slikovne sisteme, ki jih je mogoče uporabiti v težkih okoljih, kjer so za oživitev industrije 4.0 potrebne vrhunske aplikacije, kot so roboti za sodelovanje s človekom, kartiranje prostorov in sistemi za upravljanje zalog. Potrebni so tudi za ustvarjanje varnejših avtomobilskih izkušenj za voznike in potnike z opremljanjem vozil s funkcijami zaznavanja zasedenosti in nadzora voznika.
S29
Analog Devices načrtuje, izdeluje in tudi že prodaja novo serijo 3D- ToF čipov za zajemanje slike, laserskih gonilnikov, programske opreme in globinskih sistemov, ki temeljijo na strojni opremi in ki bodo zagotavljali najboljšo globinsko ločljivost na tržišču z milimetrsko natančnostjo. ADI bo okrog komplementarnih CMOS (kovinsko oksidni polprevodnik) čipov za zajemanje slike zgradil celotne sisteme, ki bodo zagotavljali slike z večjimi 3D podrobnostmi, ki delujejo na daljše razdalje in delujejo robustno, ne glede na to, kaj se nahaja v njihovem vidnem polju. Ta platforma bo strankam zagotovila funkcije plug and play za hitro in vsesplošno uvajanje v aplikacije.
Tehnologija senzorja ToF 3D deluje tako, da projicira natančno nadzorovano lasersko svetlobo v trajanju nanosekund, ki se nato od opazovanega objekta odbije in zazna na slikovnem senzorju z visoko ločljivostjo, s čimer dobimo oceno globine za vsak slikovni niz. ADI-jevi novi CMOS ToF izdelki, ki temeljijo na Microsoftovi tehnologiji, omogočajo zelo natančno merjenje globine, nizko raven občutljivosti za motnje, visoko robustnost ob najrazličnejših motnjah in kalibracijske rešitve za njihovo enostavno izdelavo.
Slike, ki jih tako zajamemo, se med drugim odlikujejo po ostrih robovih ter visoki ločljivosti z robustno globinsko diskriminacijo in globinsko ostrino.
S30
Zaključek
EW 2021 je bil zanimiv spletni dogodek. Imel je svoje “posebnosti”, če se lahko tako izrazimo. Nekako bi pričakovali, da bo spletni dogodek, ki združuje med drugim tudi sofverske razvojnike, imel odličen spletni vmesnik dodelan z vsemi podrobnostmi.
Kljub temu je bil EW 2021 zanimiv dogodek. Spoznali smo se z veliko zanimivimi izdelki, storitvami in programskimi paketi in nekaj od teh smo vam predstavili v članku.
Naslednji Embedded World se bo odvijal od 15. do 17. marca 2022. Upamo, da v živo v Nürnbergu!
Avtorja: Jurij Mikeln, Bojan Kovač
2021/295
