L'hardware IoT costituisce un'ampia varietà di dispositivi come i sensori, ponti, e dispositivi di routing. Questi dispositivi IoT svolgono funzioni critiche di gestione di attività essenziali come l'attivazione del sistema, comunicazione, clausole di azione, sicurezza, e rilevare azioni e obiettivi dettagliati. Sotto, imparerai i dispositivi hardware IoT disponibili presso MOKOSmart che utilizza la tecnologia IoT, gli elementi costitutivi dell'hardware IoT, l'architettura del software IoT, e le comuni piattaforme hardware IoT. inoltre, discuteremo i requisiti hardware IoT essenziali necessari per implementare un progetto IoT e tutto sulle schede di sviluppo di microcontrollori, computer a scheda singola, e processori.
Gli elementi costitutivi dell'hardware IoT
In questa sezione, discuteremo alcuni elementi costitutivi dell'hardware IoT.
Cosa
Nell'IoT, “Cosa” rappresenta il bene destinato a misurare, tenere sotto controllo, o controllo. La maggior parte dei prodotti IoT incorpora completamente i propri dispositivi intelligenti con la "cosa". Ad esempio, prodotti come veicoli automatici e frigoriferi intelligenti si monitorano e si controllano accuratamente.
In alcune altre applicazioni in cui "la cosa" viene utilizzata come dispositivo da solo, un particolare prodotto deve essere collegato per certificare che possiede capacità intelligenti.
Modulo di acquisizione dati
Questo componente hardware IoT si concentra sull'ottenimento di segnali fisici dalla cosa monitorata o osservata. Successivamente li converte in segnali digitali che un computer può facilmente interpretare o manipolare. Tutti i sensori che aiutano a ottenere segnali del mondo reale come la pressione, densità, temperatura, luce, vibrazione, e il movimento sono contenuti in questo componente hardware IoT. L'applicazione determina il numero e il tipo di sensori necessari.
Anche, il modulo di acquisizione dati comprende l'hardware necessario che è essenziale per convertire i segnali dal sensore in ingresso in dati digitali utilizzati dal computer. Ciò comporta l'abitudine al segnale in entrata, interpretazione, conversione da analogico a digitale, ridimensionamento, e riducendo al minimo il rumore.
Modulo elaborazione dati
Comprende l'unità critica utilizzata per elaborare i dati che esegue operazioni come l'archiviazione locale dei dati, analisi locale, e altre operazioni informatiche.
Modulo di comunicazione
Questo modulo consente una comunicazione efficace tra la piattaforma cloud e i sistemi di terze parti sia nel cloud che localmente.
Sensori hardware IoT
I sensori sono l'elemento più critico nell'hardware IoT. I sensori IoT comprendono più moduli come i moduli di gestione dell'alimentazione, Moduli RF, moduli di rilevamento, e moduli energetici. Sono ideali per l'applicazione in;
- Prossimità
- Luce ambientale ottica
- Rilevamento perdite
- Misurazione della temperatura e dell'umidità
- magnetismo elettrico
- Accelerazione
- Acustica e vibrazioni
- Identificazione dei gas chimici
- Dislocamento
- Forzare la pressione
Sensori
I dati IoT non possono esistere senza sensori. Tutti i sensori IoT creano segnali elettrici analogici proporzionati a un bene fisico. I sensori utilizzano gli ADC (Convertitori da analogico a digitale) per convertire questi segnali analogici in dati digitali. Anche, proprietà elettriche semplici come la corrente, induttanza, voltaggio, resistenza, e l'impedenza possono essere misurati utilizzando sensori.
inoltre, la direzione e l'intensità dei campi magnetici ed elettrici possono essere misurate mediante sensori.
Le proprietà non elettriche misurate dai sensori utilizzano un trasduttore per modificare le proprietà fisiche in segnali elettrici analogici.
Le proprietà fisiche più comuni sono;
- 3-Parametri D come velocità, accelerazione, Dislocamento, e vibrazione.
- Proprietà ecologiche come umidità e temperatura.
- Fluidodinamica liquida come pressione, portate, e suono.
Dispositivi elettronici indossabili
Questi sono piccoli pezzi di equipaggiamento indossati sulla testa, braccia, collo, piedi, e torso. Alcuni dei dispositivi elettronici indossabili attualmente disponibili sul mercato includono;
- Occhiali intelligenti che si indossano in testa
- Collari che si indossano sul collo
- Orologi intelligenti che si indossano al braccio
Zaini e altri capi di abbigliamento sono indossati sul busto
Altri dispositivi hardware IoT
Usiamo i dispositivi ogni giorno, come i tablet, cellulari, e desktop, come parti essenziali di un sistema IoT. I telefoni cellulari consentono impostazioni di modifica funzionali remote e di altro tipo. Il desktop consente all'utente di controllare completamente il sistema.
Mentre i tablet consentono agli utenti di accedere alle funzionalità chiave del sistema e vengono utilizzati anche come dispositivi remoti, dispositivi di rete standardizzati come switch e router formano altri dispositivi connessi chiave.
Caratteristiche del dispositivo hardware IoT
Con la rapida introduzione di nuove piattaforme hardware IoT industriali, il suo paesaggio si è sviluppato costantemente. I dispositivi IoT hanno caratteristiche chiave comuni che offrono una valutazione quando si scelgono hardware e software utilizzati nella configurazione di una nuova rete IoT o nell'espansione e nello sviluppo delle reti già prevalenti. Le funzionalità essenziali che si caratterizzano per i dispositivi IoT sono;
Connettività
Tutti i dispositivi IoT hanno la connettività di rete come caratteristica distintiva. Quando i dispositivi IoT comunicano localmente con gli altri, utilizzano servizi basati su cloud per pubblicare dati. La maggior parte dei dispositivi IoT trasferisce le informazioni in modalità wireless, o usando Beacon Bluetooth, 802.11 (Wi-Fi), reti cellulari, RFID, o le tecnologie LPWAN come SigFox, LoRa, o NB-IoT. Tutti i dispositivi immobili sono dotati di un sistema di comunicazione cablato. Questi dispositivi fissi sono installati in applicazioni di controllo industriale, domotica, ed edifici intelligenti. Protocolli standard come Controller Area Network (POTERE) o il trasmettitore ricevitore asincrono universale (UART) collegare i dispositivi come una forma di comunicazione seriale.
Gestione energetica
I dispositivi portatili e indossabili che fanno molto affidamento su fonti di alimentazione wireless come celle fotovoltaiche e batterie considerano la gestione dell'alimentazione un fattore pericoloso. La maggior parte degli utenti a volte mette i propri dispositivi in modalità di risparmio energetico o in modalità di sospensione per preservare l'energia. Ciò dipende dai modelli di utilizzo dell'utente e dalle necessità di alimentazione dei circuiti integrati coinvolti (CI), sensori, o attuatori. Il tasso di consumo energetico del dispositivo aumenta man mano che si aumentano i componenti collegati.
Schede di sviluppo per microcontrollori
Un microcontrollore è una forma di SoC che elabora i dati e può memorizzare grandi quantità di dati. Comprendono la memoria, core del processore, e una memoria di sola lettura programmabile cancellabile (EPROM) utilizzato per mantenere tutti i programmi personalizzati in esecuzione sul microcontrollore. inoltre, le schede di sviluppo del microcontrollore hanno una struttura elettrica aggiuntiva per supportare il microcontrollore rendendolo più vantaggioso nella programmazione o nella prototipazione con il chip.
Il microcontrollore è collegato con attuatori e sensori tramite un bus hardware o Input/Output generico analogico o digitale (GPIO) perni. Tutti i componenti collegati al bus utilizzano protocolli di comunicazione standard come SPI e I2C, e SPI per comunicare. Lo scambio o l'aggiunta di elementi collegati al bus sono resi più accessibili quando l'utente adotta alcuni standard prestabiliti.
Computer a scheda singola (SBC)
Sono più improvvisati dei microcontrollori. I computer a scheda singola consentono all'utente di accedere a dispositivi periferici come schermi, tastiere, il topo. Esso, in cima, offre più potenza necessaria per l'elaborazione e più memoria. Per esempio, un microcontrollore ha un microprocessore a 8 bit 16KHZ, mentre i computer a scheda singola hanno un 1.2 Microprocessore ARM a 32 bit GHz.
Qual è la migliore da scegliere tra schede di sviluppo a microcontrollore e computer a scheda singola?
Quando si pianifica l'acquisto di una scheda di sviluppo del microcontrollore o di un computer a scheda singola, è essenziale contemplare le principali caratteristiche del dispositivo in relazione ai requisiti della tua applicazione. Anche, utilizzare le seguenti decisioni per elaborare;
- Stabilire la quantità e il tipo di componenti di uscita e sensori periferici essenziali per i circuiti di progettazione del componente, se necessario.
- Scegli una singola scheda o un microcontrollore per controllare e coordinare i componenti di un sistema periferico.
- Scegli i protocolli essenziali dei protocolli di comunicazione dei dati che potresti richiedere per l'uso della comunicazione all'interno del dispositivo. Per esempio, per comunicare tra un microcontrollore e i sensori collegati, usa un I2C.
- Determina i protocolli e l'hardware di rete essenziali per comunicare con applicazioni e servizi cloud.
- Confronta l'intento progettuale che prevedi di raggiungere dopo che avanzi ulteriormente con la tua progettazione del paesaggio IoT.
- Accedi al software integrato, prototipo, progettare il dispositivo e selezionare le migliori applicazioni e servizi. Di volta in volta è possibile valutare i vostri prototipi insieme ai vostri requisiti funzionali e non funzionali, come la sicurezza, prestazione, e affidabilità. Quindi rivisita le scelte che ritieni necessarie.
Requisiti hardware IoT per la distribuzione del tuo progetto IoT
I dispositivi IoT funzionano solo all'interno di alcuni ambienti prestabiliti, e i loro progetti hardware differiscono ampiamente; quindi, sono altamente specializzati. Tuttavia, è possibile sviluppare e progettare i tuoi PCB personalizzati e i loro componenti su misura per i requisiti della tua soluzione IoT prototipando con l'hardware generico standard. Quando distribuisci il tuo progetto IoT, è essenziale considerare i seguenti requisiti hardware IoT:
Requisiti di sicurezza
La sicurezza è una componente essenziale dell'Internet of Things. Considerare i requisiti di sicurezza del dispositivo è imperativo in tutte le fasi di sviluppo e progettazione. Anche durante la prototipazione, assicurarsi che la sicurezza e l'integrità dei dati acquisiti da qualsiasi dispositivo rimangano intatte. Tutti i dispositivi IoT, la loro rete, applicazioni di servizio di siti web, e i cellulari applicano i requisiti di sicurezza.
Facilità di sviluppo
La facilità di sviluppo è un requisito di alta priorità durante la prototipazione. Consente all'utente di rendere operativo il dispositivo IoT in modo rapido ed efficiente durante l'acquisizione di dati e l'interconnessione con altri dispositivi e il cloud. Quando distribuisci i tuoi progetti IoT, tieni presente la qualità della documentazione API, accessibilità, e disponibilità. Anche, considerare gli strumenti di sviluppo, e supporto fornito dal produttore del dispositivo o dal team di sviluppo.
Acquisizione dei dati, in lavorazione, e requisiti di stoccaggio
Il numero di sensori collegati alla risoluzione dei dati acquisiti e la frequenza di campionamento sono le principali determinanti del volume dei dati da elaborare. Influenzano anche i requisiti di archiviazione ed elaborazione dei dati.
Requisiti di connettività
La rete wireless ha requisiti di connettività come il raggio d'azione, distanza coperta dal segnale di trasmissione, e i dati previsti e il volume trasmesso. Quando si controllano i requisiti di connettività del dispositivo, è fondamentale considerare la tolleranza ai guasti, la capacità di riconnessione del dispositivo, e quanto tempo impiega un dispositivo per riprovare a inviare dati dopo la disconnessione.
Requisiti di alimentazione
I requisiti di alimentazione sono influenzati principalmente dalla velocità di trasmissione della rete e dal numero di sensori nel dispositivo. Perciò, durante la distribuzione del tuo progetto IoT, è essenziale considerare se il dispositivo necessita di una fonte di alimentazione mobile come un super condensatore o una batteria o cablata per l'alimentazione. Anche, conoscere le dimensioni della batteria, requisiti di capacità, peso, e se la batteria è ricaricata, sostituito, o scartato quando muore. Nel caso in cui la batteria sia ricaricabile, controlla con quali mezzi e con che frequenza viene addebitato?
Requisiti di progettazione del dispositivo fisico
Includono le dimensioni e l'aspetto fisico del dispositivo hardware. Quando si progetta un dispositivo IoT, è fondamentale considerare le situazioni ecologiche in cui verrà installato il dispositivo. Per esempio, considerare se il dispositivo richiederà un robusto o un impermeabile? Tutti gli apparecchi installati sulla parte inferiore di un camion come parte di un'applicazione di monitoraggio della flotta devono essere sempre salvaguardati per garantire che funzioni correttamente, anche in condizioni difficili. Il dispositivo deve essere resistente all'acqua e impermeabile agli urti, sporco, e vibrazione.
Requisiti di costo
L'esborso dell'hardware originale e i componenti alleati come i sensori sono i principali fattori determinanti del prezzo dell'hardware. Altri componenti che determinano il costo dell'hardware includono il costo operativo in corso come il costo di manutenzione e alimentazione. Anche, è essenziale pensare ai costi di licenza ragionevoli per le unità e i componenti di alcuni dispositivi. L'assemblaggio di schede personalizzate è più costoso rispetto all'acquisto di schede di sviluppo disponibili in commercio. È un'alternativa più saggia per consacrare i dispositivi hardware durante lo scaling out nella rete IoT con numerosi strumenti.
Processori
I dati vengono elaborati una volta che i dati del sensore li acquisiscono prima di trasmettere i risultati al cloud. Così, la quantità di elaborazione dei dati necessaria per creare i successivi dati del sensore e la complessità dei sensori determina il livello di elaborazione. Per esempio, la lettura della temperatura è una semplice illustrazione di una media dei valori impostati o di un singolo valore di dati nel tempo. inoltre, una telecamera di sicurezza che non è in grado di registrare video digitali senza che l'algoritmo di rilevamento della scena segnali un evento può essere più complesso.
In base alla complessità e alla potenza necessaria per elaborare i dati, sono necessarie quattro classi di elaborazione hardware IoT. Loro sono;
Sistemi basati su PC
I sistemi basati su PC sono piattaforme configurabili che consentono una facile creazione di sistemi personalizzati da parte di integratori di sistemi a basso costo, processori tipici, schede madri in commercio, casi, e alimentatori. Le ampie capacità di archiviazione locale dei dati sono fornite principalmente dalle unità a stato solido (SSD) o dischi rigidi da terabyte.
Sistemi mobili
I sistemi mobili incorporano sistemi embedded che hanno un sottoinsieme specializzato ottimizzato per smartphone e tablet. Tutti i sistemi mobili richiedono una ricarica frequente poiché i dispositivi sono alimentati a batteria. Questi dispositivi intrinsecamente personali dispongono di funzionalità avanzate del sistema di gestione dell'alimentazione per risparmiare energia ed estendere la durata della batteria del dispositivo. Anche, i sistemi mobili offrono capacità di elaborazione ad alte prestazioni.
Microprocessore (MPU) Sistemi integrati basati
Offrono una gamma di opzioni inclusive di capacità e prestazioni elevate per soddisfare i requisiti di prodotti specifici. I requisiti sono principalmente per i sistemi di comunicazione, elettronica di consumo, controlli automobilistici e industriali, dispositivi medici, e altre applicazioni di mercato verticali.
Microcontrollore (MCU) Sistemi integrati basati
Questi sistemi richiedono lavorazioni minime, e offrono soluzioni a basso costo. Tuttavia, i microcontrollori sono moduli hardware avanzati specifici dell'impianto per accelerare l'elaborazione di immagini e ruoli di sicurezza come l'accelerazione crittografica per lo scambio di chiavi pubbliche/private e la generazione di numeri casuali reali (BIANCO).
Architettura hardware IoT
Le unità a microcontrollore possono essere utilizzate per costruire l'architettura hardware del dispositivo IoT. Le risorse del chip di sistema, interfacce, e la potenza determinano la scelta di un'unità microcontrollore. Alcune funzionalità devono essere raccolte per definire il design dell'hardware IoT. Queste funzionalità aiutano a finalizzare il prototipo hardware IoT perfetto e il prezzo del kit hardware IoT obbligatorio. Loro includono;
- Tipo di attuatori o sensori
- Tipo di interfaccia di comunicazione
- Quantità di dati acquisiti e trasmessi
- Frequenza di trasporto dati
Architettura software IoT
I componenti open-source sono alla base dell'architettura software IoT. La figura sopra mostra come l'architettura IoT è comunemente usata nella maggior parte dei sistemi. Linux non ha bisogno di accontentarsi dello sviluppo hardware e software IoT di destinazione; quindi è più ampiamente usato.
Attualmente, la maggior parte delle aziende mira a fornire framework IoT pronti per l'uso in innumerevoli applicazioni IoT dettagliate. Viene utilizzato principalmente il protocollo CoAP in quanto esclusivo delle applicazioni dell'IoT. Il protocollo fornisce anche un meccanismo standard che si collega ai dispositivi IoT.
Piattaforme hardware IoT comuni
I componenti essenziali nelle applicazioni Internet of Things sono le piattaforme hardware IoT. Questi dispositivi possono aiutarti a costruire rapidamente il tuo prototipo o progetto fai-da-te. Alcune delle piattaforme hardware più comuni utilizzate negli sviluppi IoT sono;
- Raspberry Pi – Raspberry Pi è ampiamente diffuso come un piccolo, scheda informatica economica tra i fanatici della tecnologia, sperimentatori, ed educatori.
- Arduino (Genuino) – È una piattaforma di prototipazione open source basata su software e hardware facili da usare.
- ESP8266 – Si unisce a 160 Microcontrollore MHz con access point e client point stack TCP/IP completi e front-end Wi-Fi con DNS.
- Intel Edison: questa piccola piattaforma di sviluppo presenta un 32 byte microcontrollore Intel Quark con una CPU Intel Atom.
- Intel Galileo: questa piattaforma hardware AWS IoT architetturale basata su Intel è un pacchetto software e pin hardware del computer compatibile con gli shield di Arduino destinati a Uno R3.
- BeagleBone: questo hardware aperto è facile da assemblare in quanto è un piccolo computer software aperto collegabile a tutti i tipi di oggetti disponibili a casa.
- Banana Pi – È un computer a scheda singola che mira a essere minuscolo, a buon mercato, e abbastanza flessibile per l'uso quotidiano.
- NodeMCU Dev Kit – Tutto in una scheda integra il PWM, ADC, 1-Filo, GPIO, e IIC in quanto basato sul chip Wi-Fi ESP8266.
- Flutter – Flutter ha un processore ARM ad alta velocità, un chip di sicurezza hardware IoT integrato, batterie di ricarica integrate, e una solida comunicazione wireless a lungo raggio.
L'open source è pervasivo nell'hardware IoT
La maggior parte degli sviluppatori IoT ha familiarità con l'uso dell'open source dove più di 91% di loro applica il software open-source, dati aperti, o hardware aperto in più di un frammento del loro stack di sviluppo, rendendolo più persuasivo. però, meno di 2 fuori da 10 Gli sviluppatori IoT si affidano principalmente alla tecnologia brevettata, ed è meno probabile che adattino l'opzione open-source. L'utilizzo dell'hardware open source IoT è dominante tra la maggior parte delle aziende di hardware IoT. Questo alto tasso di utilizzo si mantiene sempre indipendentemente dal motivo dello sviluppatore, sia per imparare, divertimento, o soldi.
L'open source è la nuova standardizzazione
L'utilizzo di soluzioni standard offre gli stessi vantaggi in termini di produttività di quelli forniti utilizzando standard aperti. Inoltre, le applicazioni degli standard pubblici nelle fonti aperte aiutano a risolvere le sfide dell'interoperabilità, che è un problema critico nell'emergente Internet of Things. È fondamentale considerare sempre le spese di formazione ridotte del nuovo personale che abbia familiarità con la tecnologia open source che utilizzi. Questo è ciò che ha fatto Google quando ha subappaltato la sua tecnologia MapReduce. Principalmente, nello spazio hardware IoT di Azure vengono utilizzate soluzioni open source.
L'open source attrae gli sviluppatori
L'open source ha un immenso entusiasmo tra gli sviluppatori in quanto sono più sottili rispetto ai valori e agli standard della proposta offerti dall'open source. Più di 78% degli sviluppatori IoT preferisce utilizzare la tecnologia open source in almeno un campo di sviluppo ogni volta che può piuttosto che in alternative superiori a quelle proprietarie. Quando un'azienda opera e sostiene un open-source, segnalano allo sviluppatore una tecnologia di prim'ordine in tre aspetti vitali.
- In linea con l'etica e l'etica dello sviluppatore
- Esalta il valore della tua soluzione e il supporto dello sviluppatore
- Sfuma la tecnologia come all'avanguardia
