电机驱动着数十亿台设备,遍布家庭、工业、农业和消费产品。几十年来,电机架构的优化始终围绕一个核心目标:控制性能。只有在必要时,才会叠加连接、分析和其他先进智能功能。但是,这种模式正在接近极限,因为当今的电机驱动产品被期望能够连接、适应环境、安全更新,并且能够采行智能决策以响应不断变化的环境因素。它们将不再是孤立的控制节点,而是更广泛数字系统中的智能终端。
这种演进不仅需要更好的控制算法,还需要在运动系统核心中集成无线、计算和机器学习(ML)。有鉴于此,Silicon Labs(芯科科技)提供了基于MG24多协议无线SoC并内置AI/ML硬件加速器的的连接电机解决方案,以帮助开发人员顺利实现电机控制系统的架构转型。
为什么传统电机系统架构不再具备可扩展性
在过去,连接型电机系统通常由多个组件拼装而成:
专用电机控制 MCU
独立的无线SoC或模块
可选的安全元件
用于传感或分析的额外处理器
虽然这种模式能够达成有效的功能,但它带来了更高的物料清单(BOM)成本、更大的 PCB 占用、更复杂的固件,以及更高的系统延迟。更重要的是,它将处理责任分散在多个器件之间,使得功能扩展在长期变得更加困难。此外,为电机控制系统增加无线调试、空中升级(OTA)、预测性诊断或异常检测时,往往需要重新设计系统架构,而不是简单扩展。同时,产品期望也在不断提升。
因此,现代电机驱动设备必须具备:
无线连接,用于配置和诊断
安全且可现场更新
能够进行本地分析并智能响应
紧凑且高能效
成本优化以支持规模化
然而,当前采用多芯片方案来满足上述条件的效率正日益降低。这使得开发人员对于引入更高集成度SoC平台的需求与日遽增。
MG24:面向连接运作的无线计算平台
MG24多协议无线SoC专为mid-range连接电机系统设计,其集成度、效率和智能化是与传统方案差异化的关键。
MG24将以下功能整合在单一SoC中:
实时BLDC矢量控制(FOC)
低功耗蓝牙(Bluetooth LE)连接
基于硬件的Secure Vault安全机制
DSP能力与机器学习加速
事件驱动硬件子系统(如PRS和LESENSE)
这种高度集成实现了统一架构,使得运动控制、无线通信和智能处理能够协同运行,而无需竞争系统资源。
在传统架构中,同时运行实时FOC与活跃的蓝牙协议栈,通常需要独立处理器来持续满足严格的控制环路时限。MG24展示了这种分离已不再必要,它能够在保持精确电机控制的同时,维持无线通信和应用层处理。
设计人员可以构建连接型运动系统,而无需担心协议活动会干扰时间关键的控制环路。这种平衡是下一代运动无线计算架构的基础。
边缘智能
随着运动系统的互联,它们也必须具备感知能力。凭借集成的DSP能力和矩阵向量处理器(MVP)硬件加速器,MG24支持本地数据处理,用于:
振动分析
异常检测
预测性维护
性能优化
通过在边缘处理数据,系统能够立即响应机械变化,减少云端带宽占用,并提升整体效率。电机驱动产品由执行命令,进化为做出智能决策。
硬件级事件处理:效率与稳定
外设反射系统(PRS)和 LESENSE 允许硬件触发电机与传感器事件响应,而无需CPU 干预。这种事件驱动设计降低了延迟、提升了稳定性,并优化了功耗。同时,它释放了处理空间用于更高层功能,强化了整体系统架构。
安全作为系统基础
连接设备必须在整个生命周期中保持可信。MG24集成了通过PSA Level 3认证的Secure Vault物联网安全技术,确保安全启动、密钥保护、设备身份以及加密OTA更新。这一安全基础使得连接电机系统能够自信地实现大规模部署。
演示:无线计算实时控制运动
这一架构转型在下方的演示视频中得以清晰展现。在芯科科技的专家展示中,一台BLDC 电机完全由单颗MG24器件控制。该SoC在执行实时FOC的同时,保持活跃的无线通信。
运行过程中,系统遭遇外部机械干扰。系统立即检测到异常并安全停机;当恢复正常条件后,它会自动重新启动。整个过程通过连接的移动设备实现实时交互和系统行为可视化。
过去需要分别使用电机控制器、连接模块和监督逻辑的方案,如今已整合为单一无线计算平台。该演示突显了架构集成如何同时提升响应速度、安全性和系统简洁性。
赋能下一代连接运动
通过集成无线计算和机器学习SoC平台来进行电机控制的方法开启了全新可能性:
智能窗帘可检测阻力增加并防止磨损
流体泵可识别气蚀并主动调整
电动工具可监测振动特征并发出维护警报
执行器可通过无线固件更新提升性能
在这些应用中,差异化源自集成与智能,而不仅仅是扭矩精度。新架构的影响在中到大规模市场中最为显著,在这些市场中,尺寸、效率和连接性至关重要,包括:
智能家居与建筑自动化:窗帘、百叶窗、通风口、紧凑型机器人技术
轻工业与物联网自动化:执行器、阀门、小型输送机
联网的工具与设备:白色家电、电动工具
智能农业:水泵、灌溉系统、输水管道
电机系统的平台化路径
电机系统的未来不再仅仅由更快的控制环路来定义,而是由集成平台来驱动。通过在单一架构中结合运动控制、无线连接、安全和边缘智能,制造商可以:
加速开发周期
简化硬件设计
实现全设备OTA更新
引入预测性维护和基于服务的商业模式
MG24正是这一演进的代表,迈向由无线计算驱动的运动系统。MG24展示了单一安全、支持无线的平台如何取代碎片化的多芯片设计,并赋能更智能、更具适应性的产品。随着连接系统的不断演进,无线计算将成为运动的核心,推动新一代智能、集成设备的到来。
探索更多关于MG24多协议无线SoC的产品信息和技术文档:https://cn.silabs.com/wireless/zigbee/efr32mg24-series-2-socs
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