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自动化新变革:雅特力AT32 MCU与智慧共生

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栏目:公司新闻
发布时间:2022-08-17 02:29:24 来源:bob手机版网页体育 作者:bob客户端下载
自动化新变革:雅特力AT32 MCU与智慧共生

  物联网所谈论的议题是一个大方向,往应用细分又可分为智慧城市、智慧交通、智慧医疗、工业物联网(IIoT)等,而工业物联网和工业4.0的概念是密不可分的,着重于互联性、自动化、机器学习及实时数据等多方面。工业物联网是现今除了消费性应用以外,对于实现物联生活使用范围最广的,涵盖领域包含整个工业应用。

  工厂自动化带来生产效率和产品质量的提升,并有效解决了有限人力的困境。从产线自动化到无人车搬运系统,再加上机器人、机械手臂助力,驱动工业物联网快速发展。然而要实现真正的智能工厂,对于很多企业来说都是任重而道远。在传统工厂尚未进行数字化转型前,仅能依照第一线员工分散记录生产状况,制作表格整理数据,管理者凭借过去经验和假设做出决策判断。这样耗时耗力地组织整理报告、等待管理者决策,往往耽误了排除问题的最佳时机。

  传统工厂升级为智能工厂首要任务,将老旧的机器设备进行可程序化逻辑控制器(PLC)和传感器(Sensor)对接,利用Sensor前端采集资料,可视化的设备进行数据分析,通过通讯设备将资料传输至控制器做实时监控,最后回传到云端管理,形成完整的工业联网。然而要做到这样的技术,必须在现有的设备上安装嵌入式或非嵌入式的联网设备,利用MCU的高运算、小体积、低成本优势,执行硬设备的通讯、边缘运算、实时反应和电机控制等功能,加速推动传统工厂转型。IIoT特性在于拥有灵活高速的通讯网络、快速的分散式运算能力以及有助提高分析的边缘运算技术。这些技术能力缺一不可,用于信号撷取和驱动控制的PLC,与协助工厂设备运作的电机控制系统,在对系统处理的要求上与日俱增,传统8-bit MCU已无法满足制造商的需求,因此采用32-bit MCU才能达到更好的性能要求(图1)。

  目前Arm®处理器内核作为工业和汽车系统中高集成、低成本MCU的行业标准,特别是ARM®Cortex®-M4 32-bit MCU,除了继承Cortex-M3内核优势,内建数位信号处理器(DSP),可选择附加单精度浮点单元(FPU),让Cortex-M4拥有高精度复杂的运算能力,且具有可访问性的优势,易于开发人员易编写软件。

  Cortex-M4 32-bit MCU能有效改善低延迟、精确度及电力管理等问题,将传统MCU功能简化集中至单一芯片,并提供大容量内存,灵活弹性运用,优化系统成本。同时提供开发软件平台便于工程设计人员开发,带来高效处理、实时控制、网络通讯、数据分析和安全控制等功能。雅特力专注于32位微控制器研发与创新,采用ARM®Cortex®-M4高效能或M0+低功耗内核,在运算效能和精度上实现技术上的突破,超越市场上同级芯片,AT32 MCU在工业自动化运用中崭露头角,表现出一定的优势。

  为确保工厂设备安全和机器的连续运作,精确的类比信号控制至为关键,必须在规范的时间内控制信号,通过快速处理大量的数据,做出实时反应和控制。特别是在数十万转的电机驱动应用上,因电机转速快电流频率高、电机线圈电感小,需要提供高频、高解析的PWM电压,方能使电机高效稳定运转。例如,雅特力推出的AT32F435/437系列MCU,采用最高主频288MHz,支援FPU浮点运算,内建超大容量4032KB Flash和高达512KB SRAM,让CPU能以零等待周期访问(读/写)(图2)。且内嵌自动时钟校准(ACC)模块,ACC可校准高速内部时钟HICK 48 MHz,并保证HICK在芯片可操作温度范围内的最佳准确度,满足各种运动控制和智能控制对高运算力、高精度的需求。

  AT32 MCU将丰富的外设如CAN总线、UART、SPI/I2S、ADC、多元用途定时器等外围元件整合成单片机系统,通过高阶软件编程进行最优化设计,建立在弹性的硬件区块上,针对不同应用需求进行软件设定,具备可扩充性和系统兼容性,降低系统复杂度。除上述多元接口外,还包含双DMA控制器、兼容IEEE-802.3 10/100Mbps以太网络和USB OTG等,提高资料传输效率和可靠性;并建立完整的系统生态链,包含开发环境、实时作业系统(RTOS)以及通过雅特力验证的第三方软件资源,并符合国际电工委员会(IEC)制定的IEC-60730国际安全标准规范,如此强大丰富的资源及便利性,有助于产品快速开发上市。

  AT32 MCU可搭配标准规格的扩充板,适用于快闪存储器编程和运行控制的内置调试接口,快闪存储器(QSPI)具备高读取频宽,加速高效能嵌入式系统的资料存取及编辑,完成系统的快速编程执行,通过先进制程技术,集成更大容量SRAM进行数据缓存,执行复杂的系统代码与弹性应用。AT32F403A/407系列及AT32F435/437系列,提供256~4032KB Flash、96~512KB SRAM超大存储器选用,灵活应用于各种工业自动化控制领域,如化工、塑料、纺织、包装、印刷、中央空调、环保设备等生产机械设备(图3)。

  未来工业化的设备将增加更多控制程序和传感器来提升安全性,这些都需要大量的计算能力。例如,设备上增加异常检测功能,在即将发生灾难性的故障前,提前进行预防保养,确保设备发生故障时工厂仍能安全地运作,减少工厂停机时间,并增加多种通讯方式。或是在工厂自动化升级中,实现无线抄表和数据传送功能的低功耗电磁流量计与电流表,节省人力资源和提升效率。AT32WB415系列采用低功耗(BLE)蓝牙5.0,集成蓝牙射频(RF)收发器与基带(baseband)功能所组成的无线通讯型MCU,作为工厂建设首选;由于工厂设备需随时处在联网情况下,能源管理为一大挑战,须解决低运行功耗和低待机功耗等问题,AT32L021系列将于2022下半年推出,主频采用72MHz,片上集成了丰富的外设外围,且扩展了1个采样率高达2 Msps的12位ADC,几乎所有的I/O接口可容忍5V输入讯号,适用于高速数据采集、工业及电机控制,且芯片于待机模式下可达约1uA,深度睡眠模式约20uA的优异功耗表现。

  根据Market Research Future分析报告预测,从现在到2023年,物联网微控制器市场的复合年增长率(CAGR)将达到12%,届时年收入将达到近40亿美元。工业物联网的应用多偏重工厂环境设备与大量远距离传感器的连接,因此需要高速的资料传输和数据处理能力同时保持低功耗的电力,也是雅特力MCU一直为之努力的方向。

  物联网所谈论的议题是一个大方向,往应用细分又可分为智慧城市、智慧交通、智慧医疗、工业物联网(IIoT)等,而工业物联网和工业4.0的概念是密不可分的,着重于互联性、自动化、机器学习及实时数据等多方面。工业物联网是现今除了消费性应用以外,对于实现物联生活使用范围最广的,涵盖领域包含整个工业应用。

  工厂自动化带来生产效率和产品质量的提升,并有效解决了有限人力的困境。从产线自动化到无人车搬运系统,再加上机器人、机械手臂助力,驱动工业物联网快速发展。然而要实现真正的智能工厂,对于很多企业来说都是任重而道远。在传统工厂尚未进行数字化转型前,仅能依照第一线员工分散记录生产状况,制作表格整理数据,管理者凭借过去经验和假设做出决策判断。这样耗时耗力地组织整理报告、等待管理者决策,往往耽误了排除问题的最佳时机。

  传统工厂升级为智能工厂首要任务,将老旧的机器设备进行可程序化逻辑控制器(PLC)和传感器(Sensor)对接,利用Sensor前端采集资料,可视化的设备进行数据分析,通过通讯设备将资料传输至控制器做实时监控,最后回传到云端管理,形成完整的工业联网。然而要做到这样的技术,必须在现有的设备上安装嵌入式或非嵌入式的联网设备,利用MCU的高运算、小体积、低成本优势,执行硬设备的通讯、边缘运算、实时反应和电机控制等功能,加速推动传统工厂转型。IIoT特性在于拥有灵活高速的通讯网络、快速的分散式运算能力以及有助提高分析的边缘运算技术。这些技术能力缺一不可,用于信号撷取和驱动控制的PLC,与协助工厂设备运作的电机控制系统,在对系统处理的要求上与日俱增,传统8-bit MCU已无法满足制造商的需求,因此采用32-bit MCU才能达到更好的性能要求(图1)。

  目前Arm®处理器内核作为工业和汽车系统中高集成、低成本MCU的行业标准,特别是ARM®Cortex®-M4 32-bit MCU,除了继承Cortex-M3内核优势,内建数位信号处理器(DSP),可选择附加单精度浮点单元(FPU),让Cortex-M4拥有高精度复杂的运算能力,且具有可访问性的优势,易于开发人员易编写软件。

  Cortex-M4 32-bit MCU能有效改善低延迟、精确度及电力管理等问题,将传统MCU功能简化集中至单一芯片,并提供大容量内存,灵活弹性运用,优化系统成本。同时提供开发软件平台便于工程设计人员开发,带来高效处理、实时控制、网络通讯、数据分析和安全控制等功能。雅特力专注于32位微控制器研发与创新,采用ARM®Cortex®-M4高效能或M0+低功耗内核,在运算效能和精度上实现技术上的突破,超越市场上同级芯片,AT32 MCU在工业自动化运用中崭露头角,表现出一定的优势。

  为确保工厂设备安全和机器的连续运作,精确的类比信号控制至为关键,必须在规范的时间内控制信号,通过快速处理大量的数据,做出实时反应和控制。特别是在数十万转的电机驱动应用上,因电机转速快电流频率高、电机线圈电感小,需要提供高频、高解析的PWM电压,方能使电机高效稳定运转。例如,雅特力推出的AT32F435/437系列MCU,采用最高主频288MHz,支援FPU浮点运算,内建超大容量4032KB Flash和高达512KB SRAM,让CPU能以零等待周期访问(读/写)(图2)。且内嵌自动时钟校准(ACC)模块,ACC可校准高速内部时钟HICK 48 MHz,并保证HICK在芯片可操作温度范围内的最佳准确度,满足各种运动控制和智能控制对高运算力、高精度的需求。

  AT32 MCU将丰富的外设如CAN总线、UART、SPI/I2S、ADC、多元用途定时器等外围元件整合成单片机系统,通过高阶软件编程进行最优化设计,建立在弹性的硬件区块上,针对不同应用需求进行软件设定,具备可扩充性和系统兼容性,降低系统复杂度。除上述多元接口外,还包含双DMA控制器、兼容IEEE-802.3 10/100Mbps以太网络和USB OTG等,提高资料传输效率和可靠性;并建立完整的系统生态链,包含开发环境、实时作业系统(RTOS)以及通过雅特力验证的第三方软件资源,并符合国际电工委员会(IEC)制定的IEC-60730国际安全标准规范,如此强大丰富的资源及便利性,有助于产品快速开发上市。

  AT32 MCU可搭配标准规格的扩充板,适用于快闪存储器编程和运行控制的内置调试接口,快闪存储器(QSPI)具备高读取频宽,加速高效能嵌入式系统的资料存取及编辑,完成系统的快速编程执行,通过先进制程技术,集成更大容量SRAM进行数据缓存,执行复杂的系统代码与弹性应用。AT32F403A/407系列及AT32F435/437系列,提供256~4032KB Flash、96~512KB SRAM超大存储器选用,灵活应用于各种工业自动化控制领域,如化工、塑料、纺织、包装、印刷、中央空调、环保设备等生产机械设备(图3)。

  未来工业化的设备将增加更多控制程序和传感器来提升安全性,这些都需要大量的计算能力。例如,设备上增加异常检测功能,在即将发生灾难性的故障前,提前进行预防保养,确保设备发生故障时工厂仍能安全地运作,减少工厂停机时间,并增加多种通讯方式。或是在工厂自动化升级中,实现无线抄表和数据传送功能的低功耗电磁流量计与电流表,节省人力资源和提升效率。AT32WB415系列采用低功耗(BLE)蓝牙5.0,集成蓝牙射频(RF)收发器与基带(baseband)功能所组成的无线通讯型MCU,作为工厂建设首选;由于工厂设备需随时处在联网情况下,能源管理为一大挑战,须解决低运行功耗和低待机功耗等问题,AT32L021系列将于2022下半年推出,主频采用72MHz,片上集成了丰富的外设外围,且扩展了1个采样率高达2 Msps的12位ADC,几乎所有的I/O接口可容忍5V输入讯号,适用于高速数据采集、工业及电机控制,且芯片于待机模式下可达约1uA,深度睡眠模式约20uA的优异功耗表现。

  根据Market Research Future分析报告预测,从现在到2023年,物联网微控制器市场的复合年增长率(CAGR)将达到12%,届时年收入将达到近40亿美元。工业物联网的应用多偏重工厂环境设备与大量远距离传感器的连接,因此需要高速的资料传输和数据处理能力同时保持低功耗的电力,也是雅特力MCU一直为之努力的方向。

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