Новый инерциальный измеритель скорости ST с легкостью справляется с низкими, высокими и любыми другими перегрузками

Разработчики промышленного Интернета вещей часто сталкиваются со странным парадоксом: их системы должны быть достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать мельчайшие движения, но при этом достаточно прочными, чтобы выдерживать серьёзные удары. Любой, кто разрабатывает устройства для мониторинга состояния или носимые устройства безопасности, знаком с этим сложным испытанием. Датчик, улавливающий лёгкую вибрацию, обычно выходит из строя при резком толчке машины, в то время как датчики, устойчивые к сильным ударам, склонны игнорировать мелкие сигналы, сигнализирующие о ранних проблемах. Результат — пропуск событий, ненадёжные наборы данных и устройства, которым требуется больше датчиков, чем предусмотрено.

Компания STMicroelectronics считает, что может упростить эту задачу проектирования с помощью одного устройства. Новый инерциальный измерительный блок ISM6HG256X компании сочетает в себе два диапазона акселерометров: для низких перегрузок до ±16 g и для высоких перегрузок до ±256 g, с прецизионным гироскопом, работающими непрерывно и независимо. Он разработан для систем, где ничто не должно ускользнуть от обнаружения, будь то незначительная вибрация старого оборудования или сильный удар по каске рабочего. А поскольку устройство обрабатывает большую часть собственных данных, системы могут получать более быстрые оповещения, не нагружая внешние процессоры.

Датчики практически гарантированно подвергаются воздействию тепла, пыли и непредсказуемых движений, которые могут вывести из строя обычные датчики. ISM6HG256X решает эту проблему благодаря четырёхканальной архитектуре, которая обрабатывает различные типы движения как отдельные потоки данных. Движения при низких перегрузках фильтруются и обрабатываются по отдельному каналу, в то время как данные о сильных перегрузках обрабатываются по отдельному каналу. При этом гироскоп предоставляет данные об угловой скорости для отслеживания вращения. Поскольку все три датчика работают параллельно, разработчикам не приходится выбирать между чувствительностью и надёжностью.

Устройство также оснащено собственным набором инструментов для обработки периферийных данных. Оно включает в себя конечный автомат для логики событий, ядро ​​машинного обучения для классификации образов и функцию адаптивной самонастройки, которая позволяет датчику автоматически корректировать своё поведение при изменении условий. Эта способность к адаптации полезна в условиях, когда в один момент узел простаивает на складской полке, а в следующий — подпрыгивает на тележке. Вместо того, чтобы ждать, пока главный процессор выдаст новые инструкции, инерциальный измерительный блок может переключать режимы «на лету».

Многие промышленные системы переносят аналитику на периферию, чтобы сократить задержку и энергопотребление. Но внедрение этих возможностей непосредственно в датчик еще больше ужесточает обратную связь. ISM6HG256X может классифицировать события, такие как падения, удары, постоянная вибрация или изменение направления. Это сокращает энергопотребление системы и помогает увеличить срок службы узлов с питанием от аккумулятора. А поскольку он может обрабатывать события как при низких, так и при высоких перегрузках, он выполняет функции, которые раньше требовали нескольких специализированных датчиков, объединенных слоями прошивки.

Встроенный алгоритм с низким энергопотреблением, объединяющий датчики, обеспечивает отслеживание ориентации с током всего в несколько микроампер. Это особенно полезно в метках отслеживания активов или компактных робототехнических модулях, которым требуется позиционная информация, но которые не могут выделить дополнительную емкость аккумулятора. Встроенный буфер FIFO, который может сжимать регистрируемые данные и сохранять временные метки, помогает снизить частоту радиопередачи.

Одной из частых жалоб на промышленный дизайн является отсутствие компонентов, способных выдерживать резкие перепады температур. Этот инерциальный измерительный блок (ИИБ) поставляется в корпусе размером 2,5 × 3 × 0,83 мм, рассчитанном на работу в диапазоне температур от -40 до 105 °C, что делает его удобным для использования в местах, где большинство людей не захотят носить с собой электронику или пальцы. Он помещается в компактные носимые устройства, миниатюрные модули мониторинга состояния и модули автоматизации производства, которые уже борются за место на печатной плате. ST также включает датчик в свою программу долгосрочной доступности, предлагая как минимум 10 лет поставок, что важно для отраслей, избегающих частой модернизации.

Разработчики могут экспериментировать с платой расширения X-NUCLEO-IKS5A1 и средой MEMS Studio, чтобы исследовать поведение датчиков, точно настраивать пороговые значения событий или тестировать различные модели искусственного интеллекта на периферии. Поддерживаемые библиотеки позволяют создавать приложения, охватывающие широкий спектр областей: от «черных ящиков» регистрации ударов до адаптивных защитных шлемов, по-разному реагирующих на движение, наклон и удары.

Промышленные датчики всегда требовали сочетания точности и надежности, и этот инерциальный измерительный блок (IMU) может объединить оба эти качества. Объединяя двухдиапазонную акселерометрию, гироскопические данные и встроенный интеллект, ISM6HG256X позволяет устройствам лучше распознавать происходящее вокруг, даже если это слабая вибрация, свидетельствующая о неполадке, или внезапный удар, который может быть губителен для системы.