Connaître ces secrets rendra votre matériel IoT incroyable

Le matériel IoT constitue une grande variété d'appareils tels que des capteurs, des ponts, et dispositifs de routage. Ces appareils IoT remplissent des fonctions critiques de gestion des tâches essentielles telles que l'activation du système, la communication, dispositions d'action, Sécurité, et détecter des actions et des objectifs détaillés. Au dessous de, vous apprendrez les dispositifs matériels IoT disponibles chez MOKOSmart qui utilisent la technologie IoT, les blocs de construction du matériel IoT, l'architecture des logiciels IoT, et les plates-formes matérielles IoT communes. de plus, nous discuterons des exigences matérielles IoT essentielles nécessaires pour déployer un projet IoT et de tout sur les cartes de développement de microcontrôleurs, ordinateurs monocarte, et processeurs.

Les blocs de construction du matériel IoT

Dans cette section, nous discuterons de certains éléments constitutifs du matériel IoT.

Chose

Dans l'IoT, « chose » représente l'actif destiné à mesurer, surveiller, ou contrôle. La plupart des produits IoT intègrent pleinement leurs appareils intelligents avec la « chose ». Par exemple, des produits tels que les véhicules automatiques et les réfrigérateurs intelligents se surveillent et se contrôlent minutieusement.

Les blocs de construction du matériel IoT

Dans d'autres applications où « la chose » est utilisé comme un seul appareil, un produit particulier doit être lié pour certifier qu'il détient des capacités intelligentes.

Module d'acquisition de données

Ce composant matériel IoT se concentre sur l'obtention de signaux physiques de la chose surveillée ou observée. Il les convertit ensuite en signaux numériques qu'un ordinateur peut facilement interpréter ou manipuler. Tous les capteurs qui aident à atteindre des signaux du monde réel comme la pression, densité, Température, lumière, vibration, et le mouvement sont contenus dans ce composant matériel IoT. L'application détermine le nombre et le type de capteurs nécessaires.

Aussi, le module d'acquisition de données comprend le matériel requis qui est essentiel pour convertir les signaux du capteur entrant en données numériques utilisées par l'ordinateur. Cela implique une accoutumance au signal entrant, interprétation, conversion analogique-numérique, mise à l'échelle, et en minimisant le bruit.

Module de traitement des données

Il comprend l'unité critique utilisée pour traiter les données qui exécute des opérations telles que le stockage local des données, analyse locale, et autres opérations informatiques.

Module de communication

Ce module permet une communication efficace entre la Cloud Platform et les systèmes tiers soit dans le cloud, soit localement.

Capteurs matériels IoT

Les capteurs sont l'élément le plus critique du matériel IoT. Les capteurs IoT comprennent plusieurs modules tels que des modules de gestion de l'alimentation, modules RF, modules de détection, et modules énergétiques. Ils sont idéaux pour une application dans;

Capteurs IoT

  • Proximité
  • Lumière ambiante optique
  • Détecter les fuites
  • Mesure de la température et de l'humidité
  • Magnétisme électrique
  • Accélération
  • Acoustique et vibration
  • Identifier les gaz chimiques
  • Déplacement
  • Forcer la pression

Capteurs

Les données IoT ne peuvent pas exister sans capteurs. Tous les capteurs IoT créent des signaux électriques analogiques proportionnés à un actif physique. Les capteurs utilisent des CAN (Convertisseurs analogique-numérique) convertir ces signaux analogiques en données numériques. Aussi, propriétés électriques simples comme le courant, inductance, Tension, la résistance, et l'impédance peut être mesurée à l'aide de capteurs.

de plus, la direction et la force des champs magnétiques et électriques peuvent être mesurées à l'aide de capteurs.

Les propriétés non électriques mesurées par des capteurs utilisent un transducteur pour modifier les propriétés physiques en signaux électriques analogiques.

Les propriétés physiques les plus courantes sont;

  • 3-Paramètres D comme la vélocité, accélération, déplacement, et vibrations.
  • Propriétés écologiques comme l'humidité et la température.
  • Dynamique des fluides liquides comme la pression, débits, Et le son.

Appareils électroniques portables

Ce sont de petits équipements portés sur la tête, les bras, cou, pieds, et torse. Certains des appareils électroniques portables actuellement disponibles sur le marché comprennent;

  • Des lunettes intelligentes qui se portent dans la tête
  • Colliers qui se portent sur le cou
  • Montres connectées qui se portent au bras

Des sacs à dos et d'autres vêtements sont portés sur le torse

Appareils électroniques portables

Autres périphériques matériels IoT

Nous utilisons des appareils tous les jours, comme des tablettes, téléphones portables, et ordinateurs de bureau, comme éléments essentiels d'un système IoT. Les téléphones portables permettent la télécommande fonctionnelle et d'autres paramètres de modification intégrés. Le bureau permet à l'utilisateur de contrôler le système en profondeur.

Alors que les tablettes permettent aux utilisateurs d'accéder aux fonctionnalités clés du système et sont également utilisées comme télécommande, les périphériques réseau standardisés tels que les commutateurs et les routeurs forment d'autres périphériques connectés clés.

Autres appareils IoT

Caractéristiques du périphérique matériel IoT

Avec l'introduction rapide de nouvelles plates-formes matérielles IoT industrielles, son paysage s'est constamment développé. Les appareils IoT ont des caractéristiques clés communes qui offrent une évaluation lors de la sélection du matériel et des logiciels utilisés pour configurer un nouveau réseau IoT ou pour étendre et développer les réseaux déjà existants. Les capacités essentielles qui sont caractérisées par les appareils IoT sont;

Connectivité

Tous les appareils IoT ont la connectivité réseau comme caractéristique déterminante. Lorsque les appareils IoT communiquent localement avec d'autres, ils utilisent des services basés sur le cloud pour publier des données. La plupart des appareils IoT transfèrent des informations sans fil, soit en utilisant Bluetooth, 802.11 (Wifi), réseaux cellulaires, RFID, ou les technologies LPWAN telles que SigFox, LoRa, ou NB-IoT. Tous les appareils immobiles sont équipés d'un système de communication filaire. Ces appareils fixes sont soit installés dans des applications de contrôle industriel, automatisation de la maison, et bâtiments intelligents. Protocoles standard comme le Controller Area Network (POUVEZ) ou le Transmetteur Récepteur Asynchrone Universel (UART) connecter des appareils en tant que forme de communication série.

Gestion de l'alimentation

Les appareils portables et portables qui dépendent fortement des sources d'alimentation sans fil telles que les cellules photovoltaïques et les batteries considèrent la gestion de l'alimentation comme un facteur dangereux. La plupart des utilisateurs mettent parfois leurs appareils en mode basse consommation ou en mode veille pour économiser l'énergie. Cela dépend des modes d'utilisation de l'utilisateur et des besoins en énergie des circuits intégrés impliqués (CI), capteurs, ou actionneurs. Le taux de consommation d'énergie de l'appareil augmente à mesure que vous augmentez le nombre de composants connectés.

Cartes de développement de microcontrôleurs

Un microcontrôleur est une forme de SoC qui traite les données et peut stocker de grandes quantités de données. Ils comprennent la mémoire, cœurs de processeur, et une mémoire morte programmable effaçable (EPROM) utilisé pour garder tous les programmes personnalisés en cours d'exécution sur le microcontrôleur. de plus, les cartes de développement de microcontrôleur ont une structure électrique supplémentaire pour supporter le microcontrôleur, ce qui le rend plus avantageux pour la programmation ou le prototypage avec la puce.

Le microcontrôleur est connecté aux actionneurs et aux capteurs via un bus matériel ou une entrée/sortie universelle analogique ou numérique (GPIO) épingles. Tous les composants connectés au bus à l'aide de protocoles de communication standard tels que SPI et I2C, et SPI pour communiquer. L'échange ou l'ajout d'éléments liés au bus sont rendus plus accessibles lorsque l'utilisateur adopte certaines normes établies.

Ordinateurs monocarte (SBC)

Ils sont plus improvisés que les microcontrôleurs. Les ordinateurs à carte unique permettent à l'utilisateur de se joindre à des périphériques tels que des écrans, claviers, la souris. Ce, en haut, offre plus de puissance nécessaire au traitement et plus de mémoire. Par exemple, un microcontrôleur a un microprocesseur 8 bits 16KHZ, tandis que les ordinateurs monocarte ont un 1.2 Microprocesseur ARM 32 bits GHz.

Quel est le meilleur choix entre les cartes de développement de microcontrôleurs et les ordinateurs monocarte?

Lorsque vous envisagez d'acheter une carte de développement de microcontrôleur ou un ordinateur à carte unique, il est essentiel de contempler les principales caractéristiques de l'appareil concernant les exigences de votre application. Aussi, utilisez les décisions suivantes pour travailler;

  • Établir la quantité et la nature des composants de sortie et des capteurs périphériques indispensables aux circuits de conception du composant si nécessaire.
  • Choisissez une seule carte ou un microcontrôleur pour contrôler et coordonner les composants d'un système périphérique.
  • Choisissez les protocoles essentiels des protocoles de communication de données dont vous pourriez avoir besoin pour une utilisation de communication intra-appareil. Par exemple, pour communiquer entre un microcontrôleur et des capteurs connectés, utiliser un I2C.
  • Déterminer les protocoles et le matériel réseau essentiels pour communiquer avec les applications et les services cloud.
  • Comparez l'intention de conception que vous prévoyez d'atteindre après avoir avancé dans la conception de votre paysage IoT.
  • Accéder au logiciel embarqué, prototype, conception d'appareils et sélection des meilleures applications et services. Il est possible de temps à autre d'évaluer vos prototypes en parallèle de vos besoins fonctionnels et non fonctionnels, comme la sécurité, performance, et fiabilité. Revoyez ensuite les choix que vous jugez nécessaires.

Configuration matérielle IoT requise pour le déploiement de votre projet IoT

Les appareils IoT ne fonctionnent que dans certains environnements définis, et leurs projets matériels diffèrent largement; Par conséquent, ils sont hautement spécialisés. Néanmoins, il est possible de développer et de concevoir vos circuits imprimés personnalisés et leurs composants sur mesure pour les exigences de votre solution IoT en réalisant un prototypage avec le matériel générique du commerce. Lors du déploiement de votre projet IoT, il est essentiel de prendre en compte les exigences matérielles IoT ci-dessous:

Exigences de sécurité

La sécurité est une composante essentielle de l'Internet des objets. La prise en compte des exigences de sécurité de l'appareil est impérative à toutes les étapes de développement et de conception. Même lors du prototypage, assurez-vous que la sécurité et l'intégrité des données capturées par n'importe quel appareil restent intactes. Tous les appareils IoT, leur réseau, applications de service de sites Web, et mobiles appliquent les exigences de sécurité.

Facilité de développement

La facilité de développement est une exigence de haute priorité lors du prototypage. Il permet à l'utilisateur de faire fonctionner l'appareil IoT rapidement et efficacement lors de la capture de données et de l'interconnexion avec d'autres appareils et le cloud. Lors du déploiement de vos projets IoT, avoir à l'esprit la qualité de la documentation de l'API, accessibilité, et disponibilité. Aussi, considérer les outils de développement, et l'assistance fournie par le fabricant de l'appareil ou par l'équipe de développement.

L'acquisition des données, En traitement, et les exigences de stockage

Le nombre de capteurs connectés à la résolution des données capturées et le taux d'échantillonnage sont les principaux déterminants du volume de données à traiter. Ils influencent également les exigences de stockage et de traitement des données.

Exigences de connectivité

La mise en réseau sans fil a des exigences de connectivité telles que la plage de fonctionnement, distance parcourue par le signal d'émission, et les données prédites et le volume transmis. Lors de la vérification des exigences de connectivité de l'appareil, il est essentiel de considérer la tolérance aux pannes, la capacité de reconnexion de l'appareil, et combien de temps prend un appareil lorsqu'il réessaye d'envoyer des données après s'être déconnecté.

Puissance requise

Les besoins en énergie sont principalement impactés par le taux de transmission du réseau et le nombre de capteurs dans l'appareil. Par conséquent, lors du déploiement de votre projet IoT, il est essentiel de déterminer si l'appareil a besoin d'une source d'alimentation mobile telle qu'un super condensateur ou une batterie ou câblée pour l'alimentation. Aussi, connaître la taille de la batterie, exigences de capacité, poids, et si la batterie est rechargée, remplacé, ou jeté quand il meurt. Si la batterie est rechargeable, vérifier par quels moyens et à quelle fréquence il est facturé?

Exigences de conception d'appareils physiques

Ils incluent la taille et l'apparence physique du périphérique matériel. Lors de la conception d'un appareil IoT, il est essentiel de considérer les situations écologiques dans lesquelles l'appareil sera installé. Par exemple, considérer si l'appareil nécessitera un robuste ou un étanche? Tous les appareils installés sur le dessous d'un camion dans le cadre d'une application de surveillance de flotte doivent toujours être protégés pour s'assurer qu'il fonctionne bien, même dans des conditions difficiles. L'appareil doit être étanche et insensible aux chocs, saleté, et vibrations.

Exigences de coût

Les dépenses matérielles d'origine et les composants connexes tels que les capteurs sont les principaux déterminants du prix du matériel.. D'autres composants qui déterminent le coût du matériel incluent les coûts d'exploitation continus tels que les coûts de maintenance et d'alimentation.. Aussi, il est essentiel de réfléchir aux frais de licence raisonnables pour certains lecteurs et composants de l'appareil. L'assemblage de cartes personnalisées est plus coûteux que l'achat de cartes de développement disponibles dans le commerce. C'est une alternative plus sage pour consacrer des périphériques matériels lors de la mise à l'échelle dans le réseau IoT avec de nombreux instruments.

Processeurs

Les données sont traitées une fois que les données du capteur les capturent avant de transmettre les résultats au cloud. Donc, la quantité de traitement de données nécessaire pour créer les données de capteur suivantes et la complexité des capteurs détermine le niveau de traitement. Par exemple, la lecture de la température est une simple illustration d'une moyenne de valeurs définies ou d'une valeur de donnée unique au fil du temps. de plus, une caméra de sécurité incapable d'enregistrer une vidéo numérique sans que l'algorithme de détection de scène signale un événement peut être plus complexe.

Basé sur la complexité et la puissance nécessaires pour traiter les données, quatre classes de traitement matériel IoT sont requises. Elles sont;

Systèmes basés sur PC

Les systèmes basés sur PC sont des plates-formes configurables qui permettent la création facile de systèmes personnalisés par des intégrateurs de systèmes à partir de, processeurs typiques, cartes mères standards, cas, et alimentations. Des capacités de stockage de données locales étendues sont fournies principalement par des disques SSD (SSD) ou des disques durs de téraoctet.

Systèmes mobiles

Les systèmes mobiles intègrent des systèmes embarqués qui ont un sous-ensemble spécialisé optimisé pour les smartphones et les tablettes. Tous les systèmes mobiles nécessitent une charge fréquente car les appareils sont alimentés par batterie. Ces appareils intrinsèquement personnels ont des capacités de système de gestion de l'alimentation avancées pour économiser l'énergie et prolonger la durée de vie de la batterie de l'appareil. Aussi, les systèmes mobiles offrent des capacités de traitement de haute performance.

Microprocesseur (MPU) Systèmes embarqués basés

Ils offrent une gamme complète d'options de capacités et de performances élevées pour répondre aux exigences de produits spécifiques. Les exigences concernent principalement les systèmes de communication, électronique grand public, contrôles automobiles et industriels, Équipement médical, et d'autres applications du marché vertical.

Microcontrôleur (MCU) Systèmes embarqués basés

Ces systèmes nécessitent des besoins de traitement minimaux, et ils offrent des solutions de faible coût. Néanmoins, les microcontrôleurs sont des modules matériels avancés spécifiques aux implants pour accélérer le traitement des images et des rôles de sécurité tels que l'accélération cryptographique pour l'échange de clés publiques/privées et la génération de nombres aléatoires réels (BLANCHE).

Architecture matérielle IoT

Les unités de microcontrôleur peuvent être utilisées pour construire l'architecture matérielle du dispositif IoT. Les ressources de la puce du système, interfaces, et la puissance détermine le choix d'une unité de microcontrôleur. Certaines fonctionnalités doivent être collectées pour régler la conception du matériel IoT. Ces fonctionnalités aident à finaliser le prototype de matériel IoT parfait et le prix du kit matériel IoT obligatoire. Ils incluent;

  • Type d'actionneurs ou de capteurs
  • Type d'interface de communication
  • Quantité de données capturées et transmises
  • Fréquence de transport des données

Architecture logicielle IoT

Les composants open source sont à la base de l'architecture logicielle IoT. La figure ci-dessus montre comment l'architecture IoT est couramment utilisée dans la plupart des systèmes. Linux n'a pas besoin de s'installer sur le développement matériel et logiciel IoT cible; c'est pourquoi il est plus largement utilisé.

Architecture logicielle IoT

Actuellement, la plupart des entreprises visent à fournir des cadres IoT prêts à être utilisés dans d'innombrables applications détaillées IoT. Le protocole CoAP est principalement utilisé car il est exclusif aux applications de l'IoT. Le protocole fournit également un mécanisme standard qui relie les appareils IoT.

Plateformes matérielles IoT courantes

Les composants essentiels des applications Internet des objets sont les plates-formes matérielles IoT. Ces appareils peuvent vous aider rapidement à construire votre prototype ou projet de bricolage. Certaines des plates-formes matérielles les plus couramment utilisées dans les développements IoT sont;

  1. Raspberry Pi – Raspberry Pi est largement répandu en tant que petit, carte informatique bon marché parmi les fanatiques de la technologie, expérimentateurs, et éducateurs.
  2. Arduino (Authentique) – Il s'agit d'une plate-forme de prototypage open source basée sur des logiciels et du matériel faciles à utiliser.
  3. ESP8266 – Il rejoint un 160 Microcontrôleur MHz avec accès et points clients, piles TCP/IP complètes et front-end Wi-Fi avec DNS.
  4. Intel Edison - Cette petite plate-forme de développement dispose d'un 32 Microcontrôleur Intel Quark d'octets avec un processeur Intel Atom.
  5. Intel Galileo - Cette plate-forme matérielle AWS IoT architecturale basée sur Intel est un progiciel et un matériel informatique compatible avec les broches des blindages d'Arduino destinés à l'Uno R3.
  6. BeagleBone - Ce matériel ouvert est facile à assembler car il s'agit d'un petit ordinateur à logiciel ouvert qui peut être branché sur toutes sortes d'articles disponibles à la maison.
  7. Banana Pi – C'est un ordinateur monocarte qui se veut petit, pas cher, et suffisamment flexible pour un usage quotidien.
  8. Kit de développement NodeMCU – Tout en une seule carte intègre le PWM, ADC, 1-Câble, GPIO, et IIC car il est basé sur la puce Wi-Fi ESP8266.
  9. Flutter - Flutter dispose d'un processeur ARM haute vitesse, une puce de sécurité matérielle IoT embarquée, batteries de charge intégrées, et solide communication sans fil longue portée.

L'open source est omniprésent dans le matériel IoT

La plupart des développeurs IoT sont familiers avec l'utilisation de l'open source où plus de 91% d'entre eux appliquent le logiciel open source, données ouvertes, ou open hardware dans plus d'un fragment de leur pile de développement, le rendre plus convaincant. toutefois, moins que 2 hors de 10 Les développeurs IoT s'appuient principalement sur la technologie brevetée, et il est moins probable qu'ils adaptent l'option open source. L'utilisation du matériel open source IoT est dominante parmi la plupart des entreprises de matériel IoT. Ce taux d'utilisation élevé se maintient toujours quel que soit le motif du développeur, que ce soit pour apprendre, amusant, ou de l'argent.

L'open source est omniprésent dans l'IoT

L'open source est la nouvelle standardisation

L'utilisation de solutions standards offre les mêmes gains de productivité que ceux procurés par l'utilisation de standards ouverts. en outre, les applications de normes publiques dans les sources ouvertes aident à résoudre les problèmes d'interopérabilité, qui est un problème critique dans l'émergence de l'Internet des objets. Il est crucial de toujours envisager les dépenses de formation abrégées du nouveau personnel familiarisé avec la technologie open source que vous utilisez. C'est ce qu'a fait Google en sous-traitant sa technologie MapReduce. Surtout, des solutions open source sont utilisées dans l'espace matériel Azure IoT.

L'open source attire les développeurs

L'open source suscite un immense enthousiasme parmi les développeurs car ils sont plus subtils vis-à-vis des valeurs de proposition et des normes offertes par l'open source. Plus que 78% des développeurs IoT préfèrent utiliser la technologie open source dans au moins un domaine de développement chaque fois qu'ils le peuvent que dans des alternatives supérieures aux propriétaires. Lorsqu'une entreprise opère et approuve un logiciel open source, ils signalent une technologie de premier ordre au développeur dans trois aspects essentiels.

  1. Mise en conformité avec l'éthique et l'éthique du développeur
  2. Souligne la valeur de votre solution et le soutien du développeur
  3. La technologie est à la pointe de la technologie

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