This article was prepared based on field experiences and technical evaluations of the Spikedge engineering team.

FreeRTOS + STM32H7 ile Endüstriyel Sensör Füzyonu: Kestirimci Bakım

Sistem Donanımı

Bileşen	Seçim	Açıklama
MCU	STM32H7B3I (480MHz, Cortex-M7)	Çift FPU + DMA2D
İvmeölçer	ADXL357 × 3 (3-eksen)	±40g, SPI 10MHz, 4000 Hz örnekleme
OS	FreeRTOS v10.5.1	Preemptive, tickless mode
Haberleşme	RS-485 Modbus RTU	Endüstriyel ortam
Güç	24V DC → 3.3V LDO	ADC referans gürültüsü minimize

FreeRTOS Görev Mimarisi

// FreeRTOSConfig.h kritik ayarlar
#define configTICK_RATE_HZ              1000
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY  (5 << 4)
#define configUSE_TICKLESS_IDLE         1

// Görev öncelikleri
#define SENSOR_TASK_PRIORITY    5   // SPI DMA ISR
#define FFT_TASK_PRIORITY       4   // 1024-pt FFT, 250ms
#define ANOMALY_TASK_PRIORITY   3   // Eşik karşılaştırma
#define COMMS_TASK_PRIORITY     2   // Modbus RTU

Kritik tasarım: SensorTask NVIC priority 4 ile çalışır — configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY (5) eşiğinin altında. taskENTER_CRITICAL() bloklarından etkilenmez.

IRQ yapılandırma detayları: STM32'de IRQ Gecikme Ölçümü

DMA ile Kesintisiz 4kHz Örnekleme

void SensorTask_Init(void) {
    // Circular DMA — CPU müdahalesi yok
    HAL_SPI_Receive_DMA(&hspi1, (uint8_t*)sensorBuffer, BUFFER_SIZE);
}

void HAL_SPI_RxCpltCallback(SPI_HandleTypeDef *hspi) {
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    xSemaphoreGiveFromISR(xSensorDataReady, &xHigherPriorityTaskWoken);
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

FFT Tabanlı Anomali Tespiti

ARM CMSIS-DSP ile 1024 noktalı FFT (250ms periyot):

void FFTTask(void *pvParameters) {
    arm_rfft_fast_instance_f32 fftInstance;
    arm_rfft_fast_init_f32(&fftInstance, 1024);

    for (;;) {
        xSemaphoreTake(xSensorDataReady, portMAX_DELAY);
        arm_rfft_fast_f32(&fftInstance, inputBuf, outputBuf, 0);
        arm_cmplx_mag_f32(outputBuf, magnitudeBuf, 512);

        // Rulman karakteristik frekansları
        float bpfi_energy = magnitudeBuf[BPFI_BIN];  // 147.3 Hz
        if (bpfi_energy > ALARM_THRESHOLD)
            xQueueSend(xAnomalyQueue, &bpfi_energy, 0);
    }
}

Normal spektrumdan %15 sapma → sarı alarm; %35 sapma → acil durdurma.

Doğrulama Sonuçları (90 Gün)

Metrik	Değer
Tespit edilen kritik arıza	3 (önceden)
Ortalama uyarı öncülüğü	72 saat
Yanlış alarm oranı	0.4/gün
Sensor görev zamanlaması jitter	<50µs
Downtime tasarrufu	~180 saat

FreeRTOS ve STM32H7 ile Endüstriyel Sensör Füzyonu