電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）隨著工業(yè)場(chǎng)景對(duì)設(shè)備的監(jiān)控的重視程度越來(lái)越高，傳感器需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行可預(yù)測(cè)的狀態(tài)監(jiān)控。基于狀態(tài)的監(jiān)控（CbM）是一種預(yù)測(cè)性維護(hù)，使用不同類(lèi)型的傳感器持續(xù)監(jiān)控設(shè)備狀況。

在傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的大多數(shù)工業(yè)場(chǎng)景里，都是使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行連接。但隨著單對(duì)以太網(wǎng)SPE的推出和普及，似乎能在工業(yè)場(chǎng)景里實(shí)現(xiàn)更好的傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

單對(duì)以太網(wǎng)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)

單對(duì)以太網(wǎng)，我們之前提到過(guò)很多次，是一種能夠進(jìn)行雙向通信，且在合適距離內(nèi)能達(dá)到1Gb/s連接速度的以太網(wǎng)技術(shù)。這項(xiàng)由IEEE 802.3指定的新傳輸標(biāo)準(zhǔn)取代了原本的其他總線系統(tǒng)，將控制、通信以及各類(lèi)其他功能統(tǒng)一集中到了同一系統(tǒng)內(nèi)。

工業(yè)場(chǎng)景引入單對(duì)以太網(wǎng)最直接的原因是為了滿足對(duì)高效雙向通信的需求，1Gb/s的連接速度能夠讓雙向通信實(shí)現(xiàn)設(shè)備到基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備到云的實(shí)時(shí)安全連接。傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需求也是如此，單對(duì)以太網(wǎng)的高帶寬數(shù)據(jù)架構(gòu)對(duì)傳感數(shù)據(jù)分析的增強(qiáng)和對(duì)錯(cuò)誤環(huán)節(jié)響應(yīng)速度的加快絕對(duì)是一個(gè)很大的增強(qiáng)。
對(duì)于傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)，單對(duì)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)還不止有高帶寬數(shù)據(jù)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)。單對(duì)以太網(wǎng)提供的共享電源和數(shù)據(jù)架構(gòu)，即便在超過(guò)1000米的距離仍然可以通過(guò)低成本雙線電纜實(shí)現(xiàn)10 Mbps數(shù)據(jù)和電源的共享?；趩螌?duì)以太網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)計(jì)，共享數(shù)據(jù)和電源通信接口可以做得更小，原本的四根線纜在單對(duì)以太網(wǎng)中只需要兩根就能完成數(shù)據(jù)線（PoDL）供電。

不論是縮小傳感器尺寸還是降低現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜性，通過(guò)單對(duì)以太網(wǎng)完成狀態(tài)監(jiān)測(cè)相比于以往的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)可以減少很多終端的工作量。

單對(duì)以太網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的傳感器考量

狀態(tài)監(jiān)測(cè)有幾大類(lèi)信息需要傳感器測(cè)量，振動(dòng)、升壓、電流、磁場(chǎng)以及溫度。單對(duì)以太網(wǎng)引入后直接受益的是振動(dòng)傳感，以往標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)系統(tǒng)里振動(dòng)傳感器的尺寸往往偏大，雖然MEMS加速度計(jì)在尺寸上已經(jīng)有了縮小，但單對(duì)以太網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)可以進(jìn)一步縮小傳感器尺寸并允許系統(tǒng)使用多種其他類(lèi)型的傳感器。

尺寸的進(jìn)一步減小意味著傳感器本身需要更高的集成度，以振動(dòng)傳感器為例更高的集成度需要傳感器集成放大器、ADC等。壓電式振動(dòng)傳感多少有些不太適合這種需要高集成度器件的系統(tǒng)，在傳統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的某些關(guān)鍵應(yīng)用里，高成本的壓電式確實(shí)能提供更好的性能，但在單對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)下的狀態(tài)監(jiān)測(cè)里，集成特性不夠?qū)е滤谶@種傳感器設(shè)備集群里總有些別扭，并且尺寸也偏大。在大多數(shù)情況下，單對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)下的狀態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)首先肯定考慮的是集成度更高的MEMS傳感。

這里還涉及單軸和多軸MEMS傳感的考量，絕大部分MEMS加速度計(jì)都是三軸且集成ADC，非常適合單對(duì)以太網(wǎng)系統(tǒng)下的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。不過(guò)有些單軸MEMS不帶ADC，但在帶寬上性能會(huì)更高，也能夠和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)縫集成，這就需要外部ADC來(lái)保證性能。這種傳感器不集成ADC的情況就需要通過(guò)MCU在保證低功耗的同時(shí)保證分辨率。

功耗的考量不必多說(shuō)，MEMS傳感把功耗控制在μA甚至nA范圍都是有的，總之要盡可能延長(zhǎng)電池壽命。

聲壓、電流、溫度這些監(jiān)測(cè)用到的也是大家耳熟能詳?shù)哪切﹤鞲衅?，麥克風(fēng)、霍爾、磁力計(jì)、RTD、熱電偶、紅外熱成像等。這些傳感器現(xiàn)在都做到了低成本低功耗小尺寸而且也夠準(zhǔn)確，根據(jù)不同的故障風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)需求選擇即可，比如麥克風(fēng)的頻率上限選取、溫度傳感是否能追蹤熱源位置變化等等。

小結(jié)

單對(duì)以太網(wǎng)借助新的架構(gòu)，將以太網(wǎng)降低到傳感器執(zhí)行器級(jí)別，并將傳感器執(zhí)行器直接連接到自動(dòng)化系統(tǒng)或云端，進(jìn)一步縮小了傳感器尺寸、降低了現(xiàn)場(chǎng)部署和布線的復(fù)雜性，給狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種新的解決方案。