Conocer estos secretos hará que su hardware de IoT se vea increíble

Tabla de contenido

El hardware de IoT constituye una amplia variedad de dispositivos como sensores, puentes, y dispositivos de enrutamiento. Estos dispositivos de IoT realizan funciones críticas de la gestión de tareas esenciales, como activar el sistema., comunicación, estipulaciones de acción, seguridad, y detectar acciones y objetivos detallados. Debajo, aprenderá los dispositivos de hardware de IoT disponibles en MOKOSmart que utiliza la tecnología de IoT, los bloques de construcción de hardware de IoT, la arquitectura del software de IoT, y las plataformas de hardware comunes de IoT. Además, Discutiremos los requisitos esenciales de hardware de IoT necesarios para implementar un proyecto de IoT y todo sobre las placas de desarrollo de microcontroladores., ordenadores de placa única, y procesadores.

Los bloques de construcción de hardware de IoT

En esta sección, discutiremos algunos componentes básicos del hardware de IoT.

Cosa

En IoT, "Cosa" representa el activo que se pretende medir, monitor, o controlar. La mayoría de los productos de IoT incorporan completamente sus dispositivos inteligentes con la "cosa". Por ejemplo, productos como vehículos automáticos y refrigeradores inteligentes se supervisan y controlan minuciosamente por sí mismos.

Los bloques de construcción de hardware de IoT

En algunas otras aplicaciones donde "la cosa" se usa como un dispositivo solo, un producto en particular debe estar vinculado para certificar que tiene capacidades inteligentes.

Módulo de adquisición de datos

Este componente de hardware de IoT se enfoca en obtener señales físicas de lo monitoreado u observado.. Posteriormente, los convierte en señales digitales que una computadora puede interpretar o manipular fácilmente.. Todos los sensores que ayudan a obtener señales del mundo real como presión, densidad, temperatura, ligero, vibración, y el movimiento están contenidos en este componente de hardware de IoT. La aplicación determina la cantidad y el tipo de sensores necesarios..

también, el módulo de adquisición de datos comprende el hardware necesario que es esencial para convertir las señales del sensor entrante en datos digitales utilizados por la computadora. Esto implica la habituación a la señal entrante., interpretación, conversión de analógico a digital, escalada, y minimizando el ruido.

Módulo de procesamiento de datos

Comprende la unidad crítica utilizada para procesar datos que ejecuta operaciones como el almacenamiento de datos local., analítica local, y otras operaciones informáticas.

Módulo de comunicación

Este módulo permite una comunicación eficaz entre la plataforma en la nube y los sistemas de terceros, ya sea en la nube o localmente..

Sensores de hardware de IoT

Los sensores son el elemento más crítico en el hardware de IoT. Los sensores de IoT comprenden múltiples módulos como módulos de administración de energía, Módulos de RF, módulos de detección, y módulos de energía. Son ideales para su aplicación en;

  • Proximidad
  • Luz ambiental óptica
  • Detectando fugas
  • Medición de temperatura y humedad.
  • Magnetismo electrico
  • Aceleración
  • Acústica y vibración
  • Identificación de gases químicos
  • Desplazamiento
  • Forzar la presión

Sensores

Los datos de IoT no pueden existir sin sensores. Todos los sensores de IoT crean señales eléctricas analógicas que son proporcionales a un activo físico. Los sensores usan ADC (Convertidores de analógico a digital) para convertir estas señales analógicas en datos digitales. también, propiedades eléctricas simples como la corriente, inductancia, Voltaje, resistencia, y la impedancia se puede medir usando sensores.

Además, la dirección y la fuerza de los campos magnéticos y eléctricos se pueden medir utilizando sensores.

Las propiedades no eléctricas que se miden mediante sensores utilizan un transductor para cambiar las propiedades físicas a señales eléctricas analógicas..

Las propiedades físicas más comunes son;

  • 3-D parámetros como la velocidad, aceleración, desplazamiento, y vibración.
  • Propiedades ecológicas como la humedad y la temperatura..
  • Dinámica de fluidos líquidos como presión, caudales, y sonido.

Dispositivos electrónicos portátiles

Estos son pequeños equipos que se usan en la cabeza., brazos, cuello, pies, y torso. Algunos de los dispositivos electrónicos portátiles disponibles actualmente en el mercado incluyen;

  • Gafas inteligentes que se usan en la cabeza.
  • Collares que se usan en el cuello.
  • Relojes inteligentes que se llevan en el brazo.

Se usan mochilas y algunas otras prendas en el torso.

Dispositivos electrónicos portátiles

Otros dispositivos de hardware de IoT

Usamos dispositivos todos los días, como tabletas, teléfonos móviles, y escritorios, como partes esenciales de un sistema de IoT. Los teléfonos móviles permiten el control remoto funcional y otras configuraciones de modificación integrales. El escritorio permite al usuario controlar el sistema a fondo.

Si bien las tabletas permiten a los usuarios acceder a las funciones clave del sistema y también se utilizan como control remoto, Los dispositivos de red estandarizados, como conmutadores y enrutadores, forman otros dispositivos conectados clave..

Otros dispositivos de IoT

Características del dispositivo de hardware de IoT

Con la rápida introducción de nuevas plataformas de hardware de IoT industriales, su paisaje se ha desarrollado constantemente. Los dispositivos de IoT tienen características clave comunes que ofrecen una evaluación al elegir el hardware y el software utilizados para configurar una nueva red de IoT o expandir y desarrollar las redes que ya prevalecen.. Las capacidades esenciales que se caracterizan por los dispositivos IoT son;

Conectividad

Todos los dispositivos de IoT tienen la conectividad de red como característica definitoria. Cuando los dispositivos de IoT se comunican localmente con otros, utilizan servicios basados ​​en la nube para publicar datos. La mayoría de los dispositivos de IoT transfieren información de forma inalámbrica, ya sea usando Baliza Bluetooth, 802.11 (Wifi), redes celulares, RFID, o las tecnologías LPWAN como SigFox, LoRa, o NB-IoT. Todos los dispositivos inmóviles están equipados con un sistema de comunicación por cable.. Estos dispositivos estacionarios se instalan en aplicaciones de control industrial, automatización del hogar, y edificios inteligentes. Protocolos estándar como Controller Area Network (PUEDEN) o el transmisor receptor asíncrono universal (UART) conectar dispositivos como una forma de comunicación en serie.

Gestión de energía

Los dispositivos portátiles y ponibles que dependen en gran medida de fuentes de energía inalámbricas, como celdas fotovoltaicas y baterías, consideran que la administración de energía es un factor peligroso.. La mayoría de los usuarios a veces ponen sus dispositivos en modo de bajo consumo o en modo de suspensión para ahorrar energía.. Esto depende de los patrones de uso del usuario y las necesidades de energía de los circuitos integrados involucrados. (CI), sensores, o actuadores. La tasa de consumo de energía del dispositivo aumenta a medida que aumenta los componentes conectados.

Placas de desarrollo de microcontroladores

Un microcontrolador es una forma de SoC que procesa datos y puede almacenar grandes cantidades de datos.. Comprenden memoria, núcleos de procesador, y una memoria de solo lectura programable y borrable (EPROM) utilizado para mantener todos los programas personalizados ejecutándose en el microcontrolador. Además, Las placas de desarrollo de microcontroladores tienen una estructura eléctrica adicional para soportar el microcontrolador, lo que lo hace más beneficioso en la programación o creación de prototipos con el chip..

El microcontrolador está conectado con actuadores y sensores a través de un bus de hardware o entrada / salida analógica o digital de uso general. (GPIO) patas. Todos los componentes conectados al bus mediante protocolos de comunicación estándar como SPI e I2C, y SPI para comunicarse. Intercambiar o agregar elementos vinculados con el bus se hace más accesible cuando el usuario adopta algunos estándares establecidos.

Computadoras de placa única (SBC)

Son más improvisados ​​que los microcontroladores. Las computadoras de placa única permiten al usuario unirse a dispositivos periféricos como pantallas, teclados, el ratón. Eso, encima, ofrece más potencia necesaria para el procesamiento y más memoria. Por ejemplo, un microcontrolador tiene un microprocesador de 16 KHZ de 8 bits, mientras que las computadoras de placa única tienen 1.2 Microprocesador ARM de 32 bits GHz.

¿Cuál es la mejor opción para elegir entre placas de desarrollo de microcontroladores y ordenadores de placa única??

Cuando planea comprar una placa de desarrollo de microcontrolador o una computadora de placa única, es fundamental contemplar las principales características del dispositivo en cuanto a los requisitos de su aplicación. también, Utilice las siguientes decisiones para trabajar;

  • Establecer la cantidad y el tipo de componentes de salida y sensores periféricos esenciales para los circuitos de diseño del componente si es necesario.
  • Elija una sola placa o un microcontrolador para controlar y coordinar los componentes de un sistema periférico.
  • Elija los protocolos esenciales de los protocolos de comunicación de datos que pueda necesitar para el uso de la comunicación dentro del dispositivo. Por ejemplo, para comunicarse entre un microcontrolador y sensores conectados, utilizar un I2C.
  • Determinar los protocolos y el hardware de red esenciales para comunicarse con las aplicaciones y los servicios en la nube..
  • Compare la intención de diseño que anticipa lograr después de avanzar más con su diseño de paisaje de IoT.
  • Accede al software integrado, prototipo, diseño de dispositivos y seleccione las mejores aplicaciones y servicios. De vez en cuando, es posible evaluar sus prototipos junto con sus requisitos funcionales y no funcionales., como la seguridad, rendimiento, y confiabilidad. Luego, revise las opciones que considere necesarias..

Requisitos de hardware de IoT para implementar su proyecto de IoT

Los dispositivos de IoT funcionan solo en algunos entornos establecidos, y sus proyectos de hardware difieren ampliamente; por lo tanto, son altamente especializados. sin embargo, Es posible desarrollar y diseñar sus PCB personalizados y sus componentes hechos a la medida para los requisitos de su solución de IoT mediante la creación de prototipos con el hardware genérico listo para usar.. Al implementar su proyecto de IoT, es esencial tener en cuenta los siguientes requisitos de hardware de IoT:

Requerimientos de seguridad

La seguridad es un componente esencial del Internet de las cosas. Tener en cuenta los requisitos de seguridad del dispositivo es imperativo en todas las etapas de desarrollo y diseño.. Incluso al hacer prototipos, asegúrese de que la seguridad e integridad de los datos capturados por cualquier dispositivo permanezcan intactas. Todos los dispositivos de IoT, su red, aplicaciones de servicio de sitios web, y los móviles aplican los requisitos de seguridad.

Facilidad de desarrollo

La facilidad de desarrollo es un requisito de alta prioridad cuando se crean prototipos. Permite al usuario poner en funcionamiento el dispositivo IoT de forma rápida y eficiente al capturar datos e interconectar con otros dispositivos y la nube.. Al implementar sus proyectos de IoT, tener en cuenta la calidad de la documentación de la API, accesibilidad, y disponibilidad. también, considerar las herramientas de desarrollo, y asistencia proporcionada por el fabricante del dispositivo o por el equipo de desarrollo.

Adquisición de datos, Procesando, y requisitos de almacenamiento

El número de sensores conectados a la resolución de los datos capturados y la frecuencia de muestreo son los principales determinantes del volumen de datos a procesar.. También influyen en los requisitos de almacenamiento y procesamiento de datos..

Requisitos de conectividad

Las redes inalámbricas tienen requisitos de conectividad como el rango operativo, distancia cubierta por la señal de transmisión, y los datos previstos y el volumen transmitido. Al verificar los requisitos de conectividad del dispositivo, es vital contemplar la tolerancia a fallos, la capacidad de reconexión del dispositivo, y cuánto tarda un dispositivo en volver a intentar enviar datos después de que se desconecta.

Requerimientos de energía

Los requisitos de energía se ven afectados principalmente por la velocidad de transmisión de la red y la cantidad de sensores en el dispositivo.. Por lo tanto, al implementar su proyecto de IoT, Es esencial considerar si el dispositivo necesita una fuente de alimentación móvil, como un supercondensador o una batería, o si está cableado para la alimentación.. también, conocer el tamaño de la batería, requisitos de capacidad, peso, y si la bateria esta recargada, reemplazado, o descartado cuando muere. En caso de que la batería sea recargable, comprobar por qué medios y con qué frecuencia se cobra?

Requisitos de diseño de dispositivos físicos

Incluyen el tamaño y la apariencia física del dispositivo de hardware.. Al diseñar un dispositivo de IoT, Es fundamental tener en cuenta las situaciones ecológicas en las que se instalará el dispositivo.. Por ejemplo, considere si el dispositivo requerirá un resistente o impermeable? Todos los electrodomésticos instalados en la parte inferior de un camión como parte de una aplicación de monitoreo de flotas siempre deben protegerse para garantizar que funcionen bien., incluso en condiciones adversas. El dispositivo debe ser resistente al agua y a los golpes., tierra, y vibración.

Requerimientos de costos

El desembolso del hardware original y los componentes asociados, como los sensores, son los principales determinantes del precio del hardware.. Otros componentes que determinan el costo del hardware incluyen el costo operativo continuo como el costo de mantenimiento y energía.. también, Es esencial pensar en las tarifas de licencia razonables para las unidades y componentes de algunos dispositivos.. El montaje de placas personalizadas es más caro que la compra de placas de desarrollo disponibles comercialmente.. Es una alternativa más inteligente para consagrar dispositivos de hardware al escalar en la red de IoT con numerosos instrumentos..

Procesadores

Los datos se procesan una vez que los datos del sensor los capturan antes de transmitir los resultados a la nube. Así, la cantidad de procesamiento de datos necesario para crear los datos del sensor subsiguientes y la complejidad de los sensores determina el nivel de procesamiento. Por ejemplo, la lectura de temperatura es una ilustración simple de un promedio de valores establecidos o un valor de datos único a lo largo del tiempo. Además, una cámara de seguridad que no puede grabar video digital sin que el algoritmo de detección de escena marque un evento puede ser más compleja.

Basado en la complejidad y la potencia necesarias para procesar datos, Se requieren cuatro clases de procesamiento de hardware de IoT. Son;

Sistemas basados ​​en PC

Los sistemas basados ​​en PC son plataformas configurables que permiten una fácil creación de sistemas personalizados por integradores de sistemas de bajo costo., procesadores típicos, placas base listas para usar, casos, y fuentes de alimentación. Las unidades de estado sólido proporcionan amplias capacidades de almacenamiento de datos locales (SSD) o discos duros de terabytes.

Sistemas móviles

Los sistemas móviles incorporan sistemas integrados que tienen un subconjunto especializado optimizado para teléfonos inteligentes y tabletas. Todos los sistemas móviles requieren una carga frecuente ya que los dispositivos funcionan con batería.. Estos dispositivos intrínsecamente personales tienen capacidades avanzadas de sistema de administración de energía para conservar energía y extender la vida útil de la batería del dispositivo.. también, Los sistemas móviles ofrecen capacidades de procesamiento de alto rendimiento..

Microprocesador (MPU) Sistemas integrados basados

Ofrecen una gama de opciones inclusivas de capacidad y rendimiento elevados para abordar los requisitos de productos específicos.. Los requisitos son principalmente para sistemas de comunicación., electrónica de consumo, controles automotrices e industriales, dispositivos médicos, y otras aplicaciones de mercado vertical.

Microcontrolador (MCU) Sistemas integrados basados

Estos sistemas requieren unas necesidades de procesamiento mínimas, y ofrecen soluciones de bajo costo. sin embargo, Los microcontroladores son módulos de hardware avanzados específicos de implantes para acelerar el procesamiento de imágenes y roles de seguridad como la aceleración criptográfica para el intercambio de claves públicas / privadas y la generación de números aleatorios verdaderos. (BLANCO).

Arquitectura de hardware de IoT

Se pueden utilizar unidades de microcontrolador para construir la arquitectura de hardware del dispositivo IoT. Los recursos de chips del sistema, interfaces, y la potencia determina la elección de una unidad de microcontrolador. Algunas características deben recopilarse para resolver el diseño del hardware de IoT.. Estas características ayudan a finalizar el prototipo de hardware de IoT perfecto y el precio del kit de hardware de IoT obligatorio.. Incluyen;

  • Tipo de actuadores o sensores
  • Tipo de interfaz de comunicación
  • Cantidad de datos capturados y transmitidos
  • Frecuencia de transporte de datos

Arquitectura de software de IoT

Los componentes de código abierto son la base de la arquitectura de software de IoT. La figura anterior muestra cómo la arquitectura de IoT se usa comúnmente en la mayoría de los sistemas.. Linux no necesita conformarse con el desarrollo de software y hardware de IoT de destino; por lo tanto, se usa más ampliamente.

Arquitectura de software de IoT

Actualmente, la mayoría de las empresas tienen como objetivo proporcionar marcos de IoT listos para usar en innumerables aplicaciones detalladas de IoT. El protocolo CoAP se utiliza principalmente ya que es exclusivo para aplicaciones de IoT.. El protocolo también proporciona un mecanismo estándar que se vincula con los dispositivos de IoT..

Plataformas comunes de hardware de IoT

Los componentes esenciales en las aplicaciones de Internet de las cosas son las plataformas de hardware de IoT.. Estos dispositivos pueden ayudarlo rápidamente a construir su prototipo o proyecto de bricolaje.. Algunas de las plataformas de hardware más comunes utilizadas en los desarrollos de IoT son;

  1. Raspberry Pi: Raspberry Pi está muy extendido como pequeño, Tablero de computación barato entre fanáticos de la tecnología, experimentadores, y educadores.
  2. Arduino (Genuino) - Es una plataforma de creación de prototipos de código abierto basada en software y hardware que son fáciles de usar..
  3. ESP8266 - Se une a un 160 Microcontrolador MHz con puntos de acceso y cliente, pilas completas de TCP / IP y front-end Wi-Fi con DNS.
  4. Intel Edison: esta pequeña plataforma de desarrollo cuenta con un 32 bytes Microcontrolador Intel Quark con una CPU Intel Atom.
  5. Intel Galileo: esta plataforma de hardware AWS IoT arquitectónica basada en Intel es un paquete de software y hardware de computadora compatible con pines con los escudos de Arduino diseñados para el Uno R3..
  6. BeagleBone: este hardware abierto es fácil de ensamblar, ya que es una pequeña computadora de software abierto que se puede conectar a todo tipo de elementos disponibles en el hogar..
  7. Banana Pi: es una computadora de placa única que pretende ser pequeña, barato, y lo suficientemente flexible para el uso diario.
  8. Kit de desarrollo NodeMCU: todo en una placa integra el PWM, ADC, 1-Cable, GPIO, y IIC, ya que se basa en el chip Wi-Fi ESP8266.
  9. Flutter: Flutter tiene un procesador ARM de alta velocidad, un chip de seguridad de hardware de IoT a bordo, baterías de carga incorporadas, y comunicación inalámbrica sólida de largo alcance.

El código abierto es omnipresente en el hardware de IoT

La mayoría de los desarrolladores de IoT están familiarizados con el uso de código abierto donde más de 91% de ellos aplican el software de código abierto, información abierta, o hardware abierto en más de un fragmento de su pila de desarrollo, haciéndolo más persuasivo. sin embargo, menos que 2 fuera de 10 Los desarrolladores de IoT confían principalmente en la tecnología patentada, y es menos probable que adapten la opción de código abierto. El uso de hardware de código abierto de IoT es dominante entre la mayoría de las empresas de hardware de IoT. Esta alta tasa de uso siempre se mantiene independientemente del motivo del desarrollador, ya sea para aprender, divertida, o dinero.

El código abierto es omnipresente en IoT

El código abierto es la nueva estandarización

El uso de soluciones estándar tiene las mismas ganancias de productividad que las proporcionadas por el uso de estándares abiertos.. Adicionalmente, Las aplicaciones de estándares públicos en fuentes abiertas ayudan a resolver los desafíos de interoperabilidad., que es un problema crítico en el emergente Internet de las cosas. Es fundamental contemplar siempre los gastos de formación reducidos del personal nuevo familiarizado con la tecnología de código abierto que utiliza.. Esto es lo que hizo Google al subcontratar su tecnología MapReduce. Principalmente, Las soluciones de código abierto se utilizan en el espacio de hardware de Azure IoT..

El código abierto atrae a los desarrolladores

El código abierto tiene un entusiasmo inmenso entre los desarrolladores, ya que son más sutiles con los valores y estándares de la propuesta que ofrece el código abierto.. Mas que 78% de los desarrolladores de IoT prefieren utilizar la tecnología de código abierto en al menos un campo de desarrollo siempre que pueden que en alternativas superiores a las propietarias. Cuando una empresa opera y respalda un código abierto, señalan una tecnología de primer nivel al desarrollador en tres aspectos vitales.

  1. Ponerse en línea con el espíritu y la ética del desarrollador
  2. Destaca el valor de su solución y el apoyo del desarrollador
  3. Sombrea la tecnología como vanguardista
Escrito por --
Fiona Kuan
Fiona Kuan
fiona, redactor técnico y editor en MOKOSMART, gastado anteriormente 10 años como ingeniero de producto en una empresa de IoT. Desde que se unió a nuestra empresa, ella ha trabajado de cerca con ventas, gerentes de producto e ingenieros, obtener información sobre las necesidades del cliente. Combinando una profunda experiencia en la industria y una comprensión de lo que más desean los clientes, Fiona escribe contenido atractivo que abarca los conceptos básicos de IoT, materiales técnicos en profundidad y análisis de mercado - conectarse con audiencias en todo el espectro de IoT.
Fiona Kuan
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