Hoognauwkeurige 2-assige hellingsmeter integreert machine learning-kern

Een nieuwe, zeer nauwkeurige, 2-assige digitale hellingmeter van STMicroelectronics bevat een ingebouwde programmeerbare kern voor machine learning om AI-algoritmen in de sensor zelf te integreren en het stroomverbruik te verminderen en de gegevensoverdracht naar de cloud te verminderen.

Terwijl veel zeer nauwkeurige inclinometers apparaten met één as zijn, kan de nieuwe 2-assige IIS2ICLX-versnellingsmeter de kanteling detecteren ten opzichte van een horizontaal vlak langs twee assen (pitch and roll) of, door de twee assen te combineren, de kanteling meten met hoge en herhaalbare nauwkeurigheid en resolutie met betrekking tot een enkele richting van het horizontale vlak over een bereik van ±180°. De digitale uitgang vereenvoudigt het systeemontwerp en verlaagt de stuklijstkosten (BOM) door externe digitaal-naar-analoog conversie of filtering te besparen.

Met behulp van MEMS-versnellingsmetertechnologie heeft de IIS2ICLX-hellingsmeter een selecteerbare volledige schaal van ±0,5/±1/±2/±3g en levert hij outputs over een I ² C of SPI digitale interface. Geïntegreerde compensatie handhaaft een temperatuurstabiliteit tot binnen 0,075 mg/°C, waardoor een hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid wordt gegarandeerd, zelfs wanneer de omgevingstemperatuur extreme schommelingen vertoont. De ultralage ruisdichtheid van 15 g/√Hz maakt kanteldetectie met hoge resolutie mogelijk, evenals detectie van lage, laagfrequente trillingen, zoals vereist bij structurele gezondheidsbewaking.

Het sensorelement is vervaardigd met behulp van een speciaal microbewerkingsproces dat door STMicroelectronics is ontwikkeld om traagheidssensoren en actuatoren op siliciumwafels te produceren. De IC-interface is vervaardigd met behulp van een CMOS-proces dat een hoog niveau van integratie mogelijk maakt om een ​​speciaal circuit te ontwerpen dat is bijgesneden om beter te passen bij de kenmerken van het sensorelement.

De combinatie van hoge stabiliteit en herhaalbaarheid, hoge nauwkeurigheid en hoge resolutie maken de hellingmeter bijzonder geschikt voor industriële toepassingen zoals het richten en bewaken van antennes, platformnivellering, vorkheftrucks en bouwmachines, waterpasinstrumenten, installatie en bewaking van apparatuur, en installatie en zonvolging voor zonnepanelen, evenals Industrie 4.0-toepassingen zoals robots en autonoom geleide voertuigen (AGV's).

Bij structurele gezondheidsmonitoring kan het nauwkeurig meten van hellingshoek en trillingen helpen bij het beoordelen van de integriteit van constructies zoals hoge torens en infrastructuur zoals bruggen of tunnels. Betaalbare, batterijgevoede MEMS-kantelsensoren met de IIS2ICLX maken het mogelijk om veel meer constructies te bewaken voor veiligheid dan economisch haalbaar was met eerdere, duurdere technologieën.

Externe sensoren en embedded machine learning-kern verbinden
De IIS2ICLX kan worden geconfigureerd om onderbrekingssignalen te genereren die worden geactiveerd door door de gebruiker gedefinieerde bewegingspatronen. Externe sensoren zoals versnellingsmeters, gyroscopen en druksensoren kunnen erop worden aangesloten met behulp van de sensorhub-functie. Deze gegevens kunnen worden gebruikt als invoer voor maximaal 16 programma's in de ingebouwde eindige-toestandsmachine, die alle 16 onafhankelijk zijn, waarbij elk een eigen geheugengebied heeft en onafhankelijk wordt uitgevoerd. Een interrupt wordt gegenereerd wanneer de eindstatus is bereikt of wanneer een specifiek commando wordt uitgevoerd.

De hellingsmeter bevat ook een speciale kern voor machine learning-verwerking die systeemflexibiliteit biedt, waardoor sommige algoritmen die in de applicatieprocessor worden uitgevoerd, naar de MEMS-sensor kunnen worden verplaatst, waardoor het stroomverbruik wordt verminderd. De kernlogica van machine learning biedt de mogelijkheid om te identificeren of een gegevenspatroon (bijvoorbeeld beweging, druk, temperatuur, magnetische gegevens) overeenkomt met een door de gebruiker gedefinieerde reeks klassen. Typische voorbeelden van toepassingen zijn abnormale trillingsherkenning, complexe bewegings- of toestandsidentificatie en activiteitsdetectie. De IIS2ICLX machine learning core werkt op datapatronen afkomstig van de accelerometer, maar het is ook mogelijk om externe sensordata aan te sluiten en te verwerken (van een gyroscoop of extra externe inclinometer/ accelerometer, temperatuur- of druksensoren) met behulp van de sensorhub-functie. De resultaten van de machine learning-verwerking zijn beschikbaar in speciale uitvoerregisters die op elk moment kunnen worden gelezen door de applicatieprocessor.

Om toepassingen te ontwikkelen met behulp van de IIS2ICLX, biedt ST specifieke softwarebibliotheken ter ondersteuning van sensorkalibratie en realtime berekening van de kantelhoek. Deze softwarebibliotheken maken deel uit van het X-CUBE-MEMS1-uitbreidingssoftwarepakket voor STM32Cube.

De IIS2ICLX is ondergebracht in een hoogwaardige LGA-behuizing met keramische holtes van 5 mm x 5 mm x 1,7 mm, met een bedrijfstemperatuurbereik van -40 °C tot +105 °C. Het is nu beschikbaar in voorbeeldhoeveelheden.