背景介紹

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)維管理，從第一代人工觀測(cè)，到第二代的定期儀器檢測(cè)，再到第三代的實(shí)時(shí)狀態(tài)檢測(cè)，直至現(xiàn)在過度到了利用云計(jì)算，大數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)主動(dòng)的預(yù)測(cè)設(shè)備運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，根據(jù)各傳感器信息和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)提前預(yù)測(cè)設(shè)備的更新和維護(hù)。

通過云計(jì)算，方便用戶將邊緣智能設(shè)備快速融入云端生態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。但考慮工業(yè)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，安全性，持續(xù)性，低延時(shí)性，往往又不能將所有傳感器信息全部上傳到云，處理完成后再反饋到設(shè)備端。這往往又在設(shè)備端具備一定的計(jì)算能力，并能低延時(shí)精確的處理數(shù)據(jù)，響應(yīng)控制。

開源方案

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，MakarenaLabs公司利用U96平臺(tái)結(jié)合微軟Azure云一起提供了一套開源的完整解決方案。該方案在PYNQ框架上便捷的部署了Azure IoT Edge，并快速的使用PYNQ-DPU在Jupyter上完成了數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析，顯示和設(shè)備響應(yīng)控制。使其具備智能化控制、智能化計(jì)算及智能化檢測(cè)等功能組件；隨后使用MicrosoftAzure IoT Services對(duì)邊緣設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化監(jiān)測(cè)、管理和維護(hù)。用戶可以使用該方案快速構(gòu)建自己的IoT智能監(jiān)測(cè)/驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

同時(shí)在硬件層，利用PYNQ框架，可以方便的實(shí)時(shí)基于Vitis HLS的電力驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)，本案例中，就提供了開源的面向現(xiàn)場(chǎng)電力驅(qū)動(dòng)控制的參考設(shè)計(jì)。所有IP均由HLS設(shè)計(jì)，可快速加載到PYNQ框架中。

方案實(shí)施

如圖所示是開源設(shè)計(jì)的具體框架，Ultra96-V2板卡是邊緣設(shè)備節(jié)點(diǎn)，在板卡的PL側(cè)具備電機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集、預(yù)測(cè)管理等多項(xiàng)硬件功能組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)系統(tǒng)的智能化監(jiān)測(cè)、管理和控制。PS側(cè)則部署了Xilinx PYNQ開源框架和Azure IoT Edge組件，PYNQ開源框架實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件功能組件的驅(qū)動(dòng)管理，Azure IoT Edge組件負(fù)責(zé)將該設(shè)備節(jié)點(diǎn)快速接入Azure IoT云平臺(tái)。云端便可使用提供的控制、監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)等服務(wù)，對(duì)智能私服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行端云融合。系統(tǒng)具有多種優(yōu)點(diǎn)，例如：

對(duì)邊緣端的實(shí)時(shí)確定性控制；

標(biāo)準(zhǔn)的傳感器接口與快速融合；

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集；

邊緣智能計(jì)算；

穩(wěn)定云端連接。

部署流程

通過參考書設(shè)計(jì)，用戶可以僅用5步即可完成系統(tǒng)部署

1. 在Ultra96-V2板卡上安裝PYNQ2.6鏡像：

2. 從GitHub上克隆Xilinx開源的智能伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)鏡像

3. 進(jìn)入工程目錄，執(zhí)行命令chmod 755 init.sh和。/init.sh，初始化工程環(huán)境；

4. 進(jìn)入pynq-dpu目錄，運(yùn)行預(yù)先提供的jupyternotebook

如果要使用Azure IoT Services，需要在pynq-foc-dpu-python-code目錄下執(zhí)行命令sudopython3 main.py。