Industrial Edge-AI Condition Monitoring & 3D Digital Twin

Industrial Edge-AI Condition Monitoring & 3D Digital Twin with WIZnet W5500

Overview

COMSATS University Islamabad 학생팀이 STM32H7, ESP32, WIZnet W5500을 기반으로 산업용 3상 모터의 상태를 모니터링하는 Edge-AI 시스템을 설계했습니다.

이 프로젝트는 모터의 진동, RPM, 전류 데이터를 측정하고 STM32H7에서 Edge-AI 분석을 수행해 bearing wear, phase imbalance, bent shaft와 같은 이상 징후를 조기에 탐지하는 것을 목표로 합니다.

설계에는 W5500 기반 Ethernet connectivity와 ESP32 기반 Wi-Fi telemetry가 함께 포함되며, 모니터링 결과는 3D Digital Twin Web Dashboard에서 시각화하도록 구성되어 있습니다.

현재는 4-layer custom PCB 설계와 3D rendering, Digital Twin dashboard가 공개된 제작 전 프로토타입 단계입니다.

System Architecture

프로젝트가 목표로 하는 시스템 구조는 다음과 같습니다.

Industrial Motor → Sensors → STM32H7 Edge AI → W5500 Ethernet / ESP32 Wi-Fi → 3D Digital Twin Dashboard

주요 구성은 다음과 같습니다.

• STM32H7 480MHz: Real-time Edge-AI processing
• WIZnet W5500: Ethernet connectivity
• ESP32: Wi-Fi telemetry
• IIS3DWB: Ultra-wide-bandwidth vibration sensing
• 5V Mechanical Pilot Relay: Industrial contactor control
• 3D Digital Twin Dashboard: Machine-condition visualization

Role of WIZnet W5500

프로젝트의 4-layer custom PCB에는 WIZnet W5500이 Ethernet connectivity를 제공하도록 설계되어 있습니다.

원본 프로젝트는 W5500을 hardware TCP/IP Ethernet interface로 소개하며, 100Ω differential pair routing을 포함한 Ethernet 회로를 PCB 설계에 반영했습니다.

ESP32는 별도로 Wi-Fi telemetry를 담당하도록 구성되어 있어, 프로젝트 설계상 wired Ethernet과 wireless telemetry를 함께 활용하는 구조를 목표로 합니다.

다만 현재 공개된 자료는 PCB design 및 sponsorship 단계이므로, W5500의 실제 펌웨어 구현 방식이나 TCP/IP offload 사용 방식은 아직 확인되지 않습니다.

Edge AI & Predictive Maintenance

프로젝트는 산업용 3상 모터의 다음 데이터를 모니터링하도록 설계되었습니다.

• Microscopic vibration
• RPM
• High-voltage current draw

STMicroelectronics의 IIS3DWB ultra-wide-bandwidth vibration sensor를 사용하고, STM32H7에서 실시간 Edge-AI processing을 수행하는 구조입니다.

팀은 이를 통해 다음과 같은 이상 상태를 조기에 탐지하는 것을 목표로 합니다.

• Worn bearings
• Unbalanced phases
• Bent shafts
• Abnormal vibration

즉 고장이 발생한 후 대응하는 것이 아니라, 모터 상태 데이터를 이용해 고장 가능성을 조기에 감지하는 Predictive Maintenance application을 목표로 합니다.

3D Digital Twin

프로젝트에는 3D Digital Twin Web Dashboard도 포함되어 있습니다.

PCBWay에 공개된 자료에는 Digital Twin dashboard의 실제 screenshot이 포함되어 있으며, 센서와 Edge-AI 분석 결과를 디지털 환경에서 시각화하는 것이 프로젝트의 목표입니다.

전체 데이터 흐름은 다음과 같이 설계되어 있습니다.

Motor Data → Edge-AI Processing → Ethernet / Wi-Fi → 3D Digital Twin

Industrial Safety Design

PCB에는 5V mechanical pilot relay와 physical isolation slot이 포함되어 있습니다.

프로젝트 팀은 심각한 이상 상태가 감지될 경우 이 relay를 통해 heavy-duty industrial contactor를 제어하고, 모터 전원을 차단하는 구조를 설계했습니다.

다만 현재는 제작 전 sponsorship 단계이므로, 이 기능은 설계 목표이며 실제 완성 시스템에서 검증된 기능으로 공개된 것은 아닙니다.

Project Status

이 프로젝트는 판매 중인 제품이나 완성된 산업용 시스템이 아닙니다.

COMSATS University Islamabad, Abbottabad Campus의 4학기 학생들이 진행하는 Complex Engineering Problem(CEP) 프로젝트입니다.

현재 공개된 결과물은 다음과 같습니다.

• 4-layer impedance-controlled PCB design
• High-resolution PCB 3D rendering
• STM32H7-based architecture
• W5500 Ethernet circuit design
• ESP32 Wi-Fi telemetry design
• IIS3DWB vibration sensing design
• 3D Digital Twin dashboard screenshots

학생팀은 PCBWay에 PCB manufacturing과 PCBA sponsorship을 신청했으며, 제작이 완료된 이후 working system의 사진과 영상을 공개할 계획이라고 설명합니다.

따라서 현재 단계에서는 engineering design prototype으로 보는 것이 정확합니다.

Why It Matters

이 프로젝트는 W5500을 단순 Ethernet 데모가 아니라 Edge-AI 기반 산업용 Predictive Maintenance 시스템의 wired connectivity 요소로 설계했다는 점에서 의미가 있습니다.

특히 다음 요소가 결합되어 있습니다.

• STM32H7 Edge AI
• W5500 Ethernet
• ESP32 Wi-Fi telemetry
• Industrial vibration sensing
• Predictive Maintenance
• 3D Digital Twin
• Industrial safety design

완성된 상용 시스템은 아니지만, Edge AI와 wired/wireless connectivity를 결합한 Industrial IoT architecture라는 점에서 WIZnet 적용 가능성을 보여주는 사례입니다.

FAQ

Q1. 이 프로젝트는 무엇인가요?

산업용 3상 모터의 진동, RPM, 전류 데이터를 측정하고 Edge AI로 이상 징후를 분석하도록 설계된 condition-monitoring prototype입니다.

Q2. W5500은 어떤 역할을 하나요?

W5500은 custom PCB에서 유선 Ethernet connectivity를 제공하도록 설계된 네트워크 인터페이스입니다.

Q3. Ethernet과 Wi-Fi를 모두 사용하나요?

설계에는 W5500 Ethernet과 ESP32 Wi-Fi telemetry가 모두 포함되어 있습니다. 프로젝트는 두 네트워크 방식을 함께 활용하는 Industrial IoT architecture를 목표로 합니다.

Q4. W5500의 TCP/IP offload 기능이 실제로 구현됐나요?

현재 공개 자료에는 W5500이 Ethernet interface로 설계에 포함됐다는 내용은 있지만, 실제 펌웨어에서 TCP/IP offload 기능을 어떻게 사용하는지에 대한 구현 정보는 공개되어 있지 않습니다.

Q5. 실제 완성된 시스템인가요?

아직 아닙니다. 현재는 4-layer PCB 설계와 3D rendering, Digital Twin dashboard가 공개된 상태이며 PCBWay를 통해 PCB 제조 및 조립 sponsorship을 신청한 단계입니다.

Q6. Edge AI는 어떤 역할을 하나요?

STM32H7에서 vibration, RPM, current 데이터를 분석해 bearing wear, phase imbalance, bent shaft와 같은 이상 징후를 탐지하는 것을 목표로 합니다.

Q7. 이 프로젝트는 판매 제품인가요?

아니요. COMSATS University Islamabad 학생팀이 진행 중인 UCC engineering prototype입니다.

Author

Engineering Student Team, COMSATS University Islamabad – Abbottabad Campus, Pakistan

프로젝트는 PCBWay의 Engineer 계정으로 게시되었습니다.

원문에 따르면 팀은 4학기 학생들로 구성되어 있으며 Hardware Design, Firmware Development, Web Dashboard Engineering을 담당하고 있습니다.

주요 관심 분야는:

• Industrial Automation
• IIoT
• Edge Computing

입니다.

Key Features

• STM32H7 480MHz
• WIZnet W5500 Ethernet Design
• ESP32 Wi-Fi Telemetry
• 4-Layer Impedance-Controlled PCB
• IIS3DWB Vibration Sensor
• Edge-AI Condition Monitoring
• Predictive Maintenance
• 3D Digital Twin Dashboard
• Industrial Contactor Control Design

Overview

A student engineering team from COMSATS University Islamabad designed an Edge-AI condition-monitoring system using STM32H7, ESP32, and WIZnet W5500 for industrial three-phase motors.

The project is designed to measure vibration, RPM, and current and use STM32H7-based Edge AI to detect early signs of conditions such as worn bearings, unbalanced phases, and bent shafts.

The architecture includes W5500 Ethernet connectivity and ESP32 Wi-Fi telemetry, while monitoring results are intended to be visualized through a 3D Digital Twin Web Dashboard.

The project is currently at the custom PCB design and pre-manufacturing prototype stage, with PCB renderings and Digital Twin dashboard screenshots publicly available.

System Architecture

The intended architecture is:

Industrial Motor → Sensors → STM32H7 Edge AI → W5500 Ethernet / ESP32 Wi-Fi → 3D Digital Twin Dashboard

Key components include:

STM32H7 480MHz: Real-time Edge-AI processing

WIZnet W5500: Ethernet connectivity

ESP32: Wi-Fi telemetry

IIS3DWB: Ultra-wide-bandwidth vibration sensing

5V Mechanical Pilot Relay: Industrial contactor control

3D Digital Twin Dashboard: Machine-condition visualization

Role of WIZnet W5500

The custom four-layer PCB is designed with a WIZnet W5500 Ethernet interface.

The source describes the W5500 as a hardware TCP/IP Ethernet interface and includes 100Ω differential-pair routing in the PCB architecture.

An ESP32 co-processor is separately assigned to Wi-Fi telemetry, so the proposed design combines wired Ethernet and wireless telemetry.

However, because the project is still at the PCB design and sponsorship stage, the publicly available material does not document how the W5500 networking functions are implemented in firmware or whether TCP/IP offload is actively used.

Edge AI & Predictive Maintenance

The system is designed to monitor:

Microscopic vibration

RPM

High-voltage current draw

An STMicroelectronics IIS3DWB ultra-wide-bandwidth vibration sensor is included in the design, while the STM32H7 is intended to perform real-time Edge-AI processing.

The project aims to detect conditions including:

Worn bearings

Unbalanced phases

Bent shafts

Abnormal vibration

The intended application is Predictive Maintenance, identifying potential motor problems before they lead to unexpected failure.

3D Digital Twin

The project also includes a 3D Digital Twin Web Dashboard.

The PCBWay submission contains screenshots of the dashboard, which is intended to visualize machine-condition information generated by the monitoring system.

The proposed data flow is:

Motor Data → Edge-AI Processing → Ethernet / Wi-Fi → 3D Digital Twin

Industrial Safety Design

The PCB design includes a 5V mechanical pilot relay with physical isolation slots for controlling a heavy-duty industrial contactor.

The team intends the system to disconnect motor power when a severe fault is detected.

At the current project stage, this should be understood as a design target rather than a publicly validated function of a completed system.

Project Status

This is not a commercial product or a completed industrial monitoring system.

It is a Complex Engineering Problem (CEP) project developed by fourth-semester students at COMSATS University Islamabad, Abbottabad Campus.

Publicly available materials include:

Four-layer impedance-controlled PCB design

High-resolution PCB 3D renderings

STM32H7 architecture

W5500 Ethernet circuit design

ESP32 Wi-Fi telemetry design

IIS3DWB vibration-sensing design

3D Digital Twin dashboard screenshots

The team submitted the project to PCBWay to request manufacturing and PCBA sponsorship and stated that photos and videos of the working system would be published after manufacturing.

The current project should therefore be classified as an engineering design prototype.

Why It Matters

This project is notable because the W5500 is designed as part of a broader Edge-AI Predictive Maintenance architecture, rather than being used only for a basic Ethernet demonstration.

The design brings together:

STM32H7 Edge AI

W5500 Ethernet

ESP32 Wi-Fi telemetry

Industrial vibration sensing

Predictive Maintenance

3D Digital Twin

Industrial safety design

Although the system has not yet been publicly validated as a completed product, it demonstrates a relevant Industrial IoT architecture combining Edge AI with wired and wireless connectivity.

FAQ

Q1. What is this project?

It is an industrial motor condition-monitoring prototype designed to analyze vibration, RPM, and current data using Edge AI.

Q2. What does the W5500 do?

The W5500 is designed to provide wired Ethernet connectivity on the custom PCB.

Q3. Does the project include both Ethernet and Wi-Fi?

Yes. The design includes W5500 Ethernet and ESP32 Wi-Fi telemetry.

Q4. Is W5500 TCP/IP offload implemented in the firmware?

The public source confirms that the W5500 is included as an Ethernet interface, but it does not provide firmware-level details showing how TCP/IP offload is implemented or used.

Q5. Is this a completed system?

No. The project is currently at the PCB design and sponsorship stage, with PCB renderings and Digital Twin dashboard screenshots available.

Q6. What is the role of Edge AI?

The STM32H7 is intended to analyze vibration, RPM, and current data to detect conditions such as worn bearings, phase imbalance, and bent shafts.

Q7. Is this a commercial product?

No. It is a UCC engineering prototype developed by a university student team.

Author

Engineering Student Team, COMSATS University Islamabad – Abbottabad Campus, Pakistan

The project is published through the PCBWay account Engineer.

According to the original description, the fourth-semester student team includes hardware designers, firmware developers, and web dashboard engineers, with interests in Industrial Automation, IIoT, and Edge Computing.

Key Features

• STM32H7 480MHz
• WIZnet W5500 Ethernet Design
• ESP32 Wi-Fi Telemetry
• Four-Layer Impedance-Controlled PCB
• IIS3DWB Vibration Sensor
• Edge-AI Condition Monitoring
• Predictive Maintenance
• 3D Digital Twin Dashboard
• Industrial Contactor Control Design