邊緣節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍將由傳感器的動(dòng)態(tài)范圍、信號(hào)的放大率(如果需要)和ADC滿量程動(dòng)態(tài)范圍組成。如果傳感器的滿量程輸出信號(hào)未達(dá)到ADC滿量程范圍輸入的1 dB以內(nèi)，則ADC的部分動(dòng)態(tài)范圍將會(huì)閑置。相反，如果來自傳感器的輸入超出ADC的量程，則會(huì)造成采樣的信號(hào)失真。在計(jì)算邊緣節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，放大器帶寬、增益和噪聲也是需要考慮的一部分。傳感器、放大器和ADC的總電氣噪聲將為各RMS分量的平方和的平方根。
圖5. 傳感器信號(hào)輸出幅度與ADC的輸入滿量程不匹配而出現(xiàn)動(dòng)態(tài)范圍丟失(藍(lán)色)的示例。需要使用放大器最大程度地增大傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，同時(shí)防止ADC發(fā)生飽和(紅色)。信號(hào)匹配必須考慮整個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)信號(hào)鏈的帶寬、動(dòng)態(tài)范圍和噪聲。
智能工廠
在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控將會(huì)是一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用。新型或傳統(tǒng)機(jī)器設(shè)備可能擁有多個(gè)關(guān)鍵的機(jī)械元件，例如轉(zhuǎn)軸或齒輪，這些元件可能裝有高動(dòng)態(tài)范圍的MEMS加速度計(jì)。這些多軸傳感器將對(duì)機(jī)械的振動(dòng)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣。測(cè)量后，振動(dòng)信號(hào)可以進(jìn)行處理并與理想的機(jī)器配置進(jìn)行比較。
在工廠中，通過分析這類信息，可以幫助提高效率、減少停機(jī)情況并提前預(yù)測(cè)機(jī)械故障。在極端情況下，可迅速關(guān)閉機(jī)械元件正在急劇惡化的機(jī)器，從而避免造成進(jìn)一步的損壞。
圖6. 雖然可以定期執(zhí)行例行機(jī)器維護(hù)，但這通常不是根據(jù)機(jī)器狀況而智能進(jìn)行的。10 通過分析特定機(jī)器操作的振動(dòng)性能，可在邊緣節(jié)點(diǎn)處發(fā)出預(yù)測(cè)故障點(diǎn)和維護(hù)里程碑警告。
通過實(shí)現(xiàn)邊緣節(jié)點(diǎn)分析，可以顯著縮短決策時(shí)間延遲。圖7顯示了這樣的一個(gè)示例，在這個(gè)示例中，在超出MEMS傳感器警告閾值限制后，系統(tǒng)立即發(fā)送了警告。如果事件極其嚴(yán)重而被認(rèn)定為關(guān)鍵事件，可授權(quán)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)禁用違規(guī)設(shè)備，以防止發(fā)生非常耗時(shí)的災(zāi)難性機(jī)械故障。
或者，可以調(diào)用觸發(fā)信號(hào)以使能另一個(gè)檢測(cè)和測(cè)量節(jié)點(diǎn)(如備用機(jī)器元件上的節(jié)點(diǎn))，以便開始根據(jù)第一個(gè)事件來解讀數(shù)據(jù)。這樣可以減少來自邊緣節(jié)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)總量。要確定相對(duì)于標(biāo)稱值的任何振動(dòng)異常，前端節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)上必須達(dá)到所需的檢測(cè)性能。檢測(cè)和測(cè)量電路的動(dòng)態(tài)范圍、采樣率和輸入帶寬應(yīng)該足以識(shí)別任何偏移事件。
圖7. 機(jī)器振動(dòng)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)域表示，其中比較器閾值可決定是否將檢測(cè)和測(cè)量數(shù)據(jù)傳送到邊緣以外。系統(tǒng)可保持低功耗狀態(tài)以過濾大部分信息，直到通過閾值交叉事件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)為止。
智慧城市
另一種工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)用為具有嵌入式視頻分析的智慧城市工業(yè)攝像機(jī)。根據(jù)智慧城市的定義，城市的使命是將無數(shù)的信息和通信點(diǎn)匯聚到一個(gè)凝聚的系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市資產(chǎn)的管理。一種常見的應(yīng)用是提供停車位空缺提醒和占用檢測(cè)。調(diào)試期間會(huì)為各攝像機(jī)預(yù)先確定視場(chǎng)。分析機(jī)制中可以定義和使用邊界邊緣檢測(cè)來識(shí)別各種對(duì)象及其運(yùn)動(dòng)。在邊緣處，不僅可以分析對(duì)象的歷史運(yùn)動(dòng)，還可使用數(shù)字信號(hào)處理(DSP)算法來根據(jù)對(duì)象軌跡計(jì)算預(yù)測(cè)的路徑。
圖8. 利用邊緣節(jié)點(diǎn)視頻分析，可在低功耗系統(tǒng)中確定對(duì)象類型檢測(cè)、軌跡和邊界交叉，而無需將全帶寬視頻數(shù)據(jù)發(fā)送至云端進(jìn)行分析。只需傳輸時(shí)間戳及痕跡對(duì)象坐標(biāo)和類型。
在類似的頻率濾波中，終端處理通常不需要全帶寬的視頻分析幀。通常，不用于安全目的時(shí)，只需要完整視頻幀的一小部分。在固定安裝的攝像機(jī)上，幀與幀之間的大部分可視數(shù)據(jù)為靜態(tài)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)可以過濾掉。在一些情況下，只需要分析目標(biāo)對(duì)象的邊界交叉數(shù)或運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)?？s減的信息子集可以采用痕跡坐標(biāo)的形式傳輸至信號(hào)鏈中的下一網(wǎng)關(guān)。