嵌入式智能状态监视箱（iCOMOX）是一个开源开发平台，用于对设备，资产和工业设施进行基于状态的监视。评估板的目的是监视设备表面的运行状况，以识别潜在的故障并降低与设备运行和维护相关的风险。基于状态的监视可延长设备的使用寿命，同时最大程度地减少计划外的停机时间和维护成本。因此，开源平台推进了工业4.0自动化的目标，以通过数字解决方案提高生产效率。

工业4.0的预测性维护
预测性维护是一项真正的策略，由智能IoT传感器和嵌入式控制解决方案提供支持，这些解决方案提供了先进的业务模型，可在公司和客户之间创造更多价值并节省大量维护成本。传感器可用于连续监控关键设备，生产数据可记录并实时无线传输到云中，以进行预测性维护分析，以优化流程并增强安全性。估计，在工厂中有效使用预测性维护可以最多减少50％的停机时间，并节省10％至40％的设备维护成本。
预测性维护环境包括一个用于建模，模拟，测试和部署解决方案的平台。这些工具包括用于检测机器数据中的模式的工业数据集成和分析算法，以及用于确定要采取的纠正措施的根本原因分析工具。
振动，温度和压力只是可以指示设备状态并识别潜在故障的一些参数（图1）。监视技术通常用于压缩机和泵等设备。

图1：用于故障检测的振动频率分析

由于振动是不平衡，不对中和其他异常现象的最常见症状，因此，预测性维护通常基于旋转机械的振动分析。同时，温度传感器监视关键的机器零件，以检测工作条件的变化。
油微粒传感器监控润滑系统中的微粒污染水平；颗粒数量的增加可能表明机器磨损。电流传感器监控机器组件的功耗。典型的应用是监视电动机的电流消耗以衡量磨损。

图2：预测性维护

除复杂的工业传感器外，实施预测性维护模型还需要控制技术（通常通过生产控制软件）。所采集的数据通过IO-Link或其他控制系统发送到可编程逻辑控制器（PLC），目的是智能管理当前和将来的机器操作（图2）。让我们与Arrow合作回顾Shiratech iCOMOX主板。
外观精美的iCOMOX套件提供了两种设备：实际板卡和用于SmartMesh无线通信的控制集线器（加密狗）。包括用于固件升级的连接电缆和用于最佳安装的支撑结构（图3和4）。

图3：iCOMOX套件

图4：用于SmartMesh控制的卡（顶部）和无线集线器

该平台配备了振动，磁场，温度和音频传感器（图5）。它为振动分析提供了宽动态范围和出色的信噪比（SNR）。此外，它还可以检测电动机的噪声并进行电流分析，从而避免过热。SmartMesh通信可实现低功耗无线通信。该板可为每个传感器配置警告和警报级别。紧凑的外形尺寸以及CE和FCC认证完善了这些功能。

图5：iCOMOX板上的传感器和组件的布置

该系统的核心是ADuCM4050超低功耗Arm Cortex-M4F处理器，该处理器具有通过SensorStrobe技术进行集成的电源管理。MCU还具有数字外设，SRAM和内置闪存的集合，以及提供时钟，复位和电源管理功能的模拟子系统。模数转换（ADC）子系统具有一个12位逐次逼近寄存器（SAR）ADC和一个1.8Msps的八通道转换器，用于数据采集（图6）。

图6：ADuCM4050的框图

Arm Cortex-M4F处理器具有高达52MHz的性能和带有纠错码（ECC）的512KB内置闪存，提供了可选的4KB高速缓存，以降低有功功率，并具有奇偶校验的128KB系统SRAM。ADuCM4050的加密硬件支持带安全哈希算法（SHA）-256的高级加密标准（AES）-128和AES-256以及以下模式：电子密码本（ECB），块加密（CBC），计数器（CTR） ，以及块加密（CCM / CCM）。

图7：ADXL356振动传感器的框图

振动传感器是带有低噪声微机电系统（MEMS）加速度计的Analog Devices ADXL356（图7）。该IC在–40°C至125°C的温度范围内具有出色的长期稳定性。Bosch BMM150三轴磁场传感器可提供绝对的空间方向和运动矢量，并且具有很高的精度和动态性。
Infineon Technologies的IM69D130是一款高性能数字MEMS麦克风，它采用了Infineon的Dual Backplate MEMS技术，可提供105 dB的动态范围和高达130 dBSPL的输出线性度（图8）。结果是清晰的音频信号，更长的接收距离以及对软声和大声信号的敏感性-从低声说话到摇滚音乐会。

图8：IM69D130数字麦克风

该平台中使用的温度传感器是ADT7410，精度为±0.5°C，分辨率为16位。它测量的温度范围为–55°C至150°C。
该板卡通过加密狗LTC5800通过SmartMesh网络提供数据共享和管理。LTC5800-IPM片上系统具有Dust Networks的高度集成，低功耗无线电设计和32位Arm Cortex-M3微处理器，因此可以运行SmartMesh IP网络软件。集成到板上的LTC5800-IPM SoC具有一个芯片功率放大器（PA）和收发器，因此创建一个完整的无线节点只需要将功率，晶体和天线与匹配电路去耦。