IoTハードウェアは、センサーなどのさまざまなデバイスを構成します, 橋, およびルーティングデバイス. これらのIoTデバイスは、システムのアクティブ化などの重要なタスクを管理する重要な機能を実行します, コミュニケーション, 行動規定, 安心, 詳細なアクションと目標を検出します. 未満, IoTテクノロジーを使用するMOKOSmartで利用可能なIoTハードウェアデバイスについて学習します, IoTハードウェアビルディングブロック, IoTソフトウェアのアーキテクチャ, および一般的なIoTハードウェアプラットフォーム. しかも, IoTプロジェクトを展開するために必要な基本的なIoTハードウェア要件とマイクロコントローラー開発ボードについて説明します, シングルボードコンピューター, およびプロセッサ.
IoTハードウェアビルディングブロック
このセクションで, IoTハードウェアのいくつかのビルディングブロックについて説明します.
もの
IoTの場合, 「モノ」は、測定することを目的とした資産を表します, モニター, または制御. ほとんどのIoT製品は、スマートデバイスに「モノ」を完全に組み込んでいます。例えば, オートマチック車やスマート冷蔵庫などの製品は、自分自身を徹底的に監視および制御します.
「モノ」が単独のデバイスとして使用される他のいくつかのアプリケーションでは, 特定の製品をリンクして、スマート機能を保持していることを証明する必要があります.
データ取得モジュール
このIoTハードウェアコンポーネントは、監視または監視対象から物理信号を取得することに重点を置いています. 後でそれらをコンピュータが簡単に解釈または操作できるデジタル信号に変換します. 圧力などの実世界の信号の取得を支援するすべてのセンサー, 密度, 温度, 光, 振動, とモーションはこのIoTハードウェアコンポーネントに含まれています. アプリケーションは、必要なセンサーの数とタイプを決定します.
また, データ取得モジュールは、入力センサーからの信号をコンピューターが使用するデジタルデータに変換するために不可欠な必要なハードウェアで構成されています. これには、着信信号の慣れが含まれます, 解釈, アナログからデジタルへの変換, スケーリング, ノイズを最小限に抑える.
データ処理モジュール
これは、ローカルデータストレージなどの操作を実行するデータを処理するために使用される重要なユニットで構成されます, ローカル分析, およびその他のコンピューティング操作.
通信モジュール
このモジュールにより、クラウドまたはローカルのいずれかでクラウドプラットフォームとサードパーティシステム間の効果的な通信が可能になります.
IoTハードウェアセンサー
センサーはIoTハードウェアで最も重要なアイテムです. IoTセンサーは、電力管理モジュールのような複数のモジュールで構成されています, RFモジュール, センシングモジュール, およびエネルギーモジュール. 彼らはでのアプリケーションに最適です;
- 近接性
- 光学環境光
- 漏れの検出
- 温度と湿度の測定
- 電気磁性
- 加速度
- 音響と振動
- 化学ガスの特定
- 変位
- 強制圧力
センサー
IoTデータはセンサーなしでは存在できません. すべてのIoTセンサーは、物理的な資産に比例するアナログ電気信号を作成します. センサーはADCを使用します (アナログ-デジタルコンバーター) これらのアナログ信号をデジタルデータに変換します. また, 電流のような単純な電気的特性, インダクタンス, 電圧, 抵抗, インピーダンスはセンサーを使用して測定できます.
しかも, 磁場と電場の方向と強さはセンサーを使用して測定できます.
センサーによって測定される非電気的特性は、トランスデューサーを使用して物理的特性をアナログ電気信号に変更します.
最も一般的な物理的特性は;
- 3-速度などのDパラメータ, 加速度, 変位, と振動.
- 湿度や温度などの生態学的特性.
- 圧力のような液体流体力学, 流量, と音.
ウェアラブル電子機器
これらは頭に装着する小さな機器です, 腕, 首, 足, と胴体. 現在市場に出回っているウェアラブル電子機器には、次のものがあります。;
- 頭に装着するスマートグラス
- 首にかける襟
- 腕に装着するスマートウォッチ
胴体にはバックパックやその他の衣類が着用されています
その他のIoTハードウェアデバイス
私たちは毎日デバイスを使用しています, タブレットのように, 携帯電話, およびデスクトップ, IoTシステムの重要な部分として. 携帯電話は、機能的なリモートおよびその他の統合された変更設定を可能にします. デスクトップにより、ユーザーはシステムを完全に制御できます.
タブレットを使用すると、ユーザーはシステムの主要機能にアクセスでき、リモートとしても使用できます。, スイッチやルーターなどの標準化されたネットワークデバイスは、他の主要な接続デバイスを形成します.
IoTハードウェアデバイスの特徴
新しい産業用IoTハードウェアプラットフォームの急速な導入に伴い, その景観は絶えず発展してきました. IoTデバイスには、新しいIoTネットワークの構成や、すでに普及しているネットワークの拡張と開発に使用されるハードウェアとソフトウェアを選択する際の評価を提供する共通の重要な特性があります。. IoTデバイスの特徴である重要な機能は次のとおりです。;
接続性
すべてのIoTデバイスは、その定義特性としてネットワーク接続を備えています. IoTデバイスが他のデバイスとローカルで通信する場合, クラウドベースのサービスを使用してデータを公開します. ほとんどのIoTデバイスは情報をワイヤレスで転送します, どちらかを使用して Bluetoothビーコン, 802.11 (Wi-Fi), セルラーネットワーク, RFID, またはSigFoxなどのLPWANテクノロジー, LoRa, またはNB-IoT. すべての不動装置には有線通信システムが装備されています. これらの固定デバイスは、産業用制御アプリケーションにインストールされます, ホームオートメーション, とスマートな建物. コントローラエリアネットワークのような標準プロトコル (できる) またはユニバーサル非同期レシーバトランスミッタ (UART) シリアル通信の形式としてデバイスを接続する.
パワー管理
太陽電池やバッテリーなどのワイヤレス電源に大きく依存するポータブルでウェアラブルなデバイスは、電力管理を危険な要素と見なします. ほとんどのユーザーは、電力を維持するためにデバイスを低電力モードまたはスリープモードにすることがあります. これは、ユーザーの使用パターンと関連する集積回路の電力の必要性によって異なります (IC), センサー, またはアクチュエータ. 付属のコンポーネントを増やすと、デバイスの消費電力率が上昇します.
マイクロコントローラー開発ボード
マイクロコントローラーは、データを処理し、大量のデータを保存できるSoCの一種です。. それらはメモリを構成します, プロセッサコア, および消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ (EPROM) マイクロコントローラー上ですべてのカスタムプログラムを実行し続けるために使用されます. しかも, マイクロコントローラー開発ボードには、マイクロコントローラーをサポートするための追加の電気構造があり、チップを使用したプログラミングまたはプロトタイピングでより有益になります。.
マイクロコントローラは、ハードウェアバスまたはアナログまたはデジタルの汎用入力/出力を介してアクチュエータおよびセンサーに接続されています (GPIO) ピン. SPIやI2Cなどの標準通信プロトコルを使用してバスに接続されているすべてのコンポーネント, および通信するSPI. バスにリンクされた要素の交換または追加は、ユーザーがいくつかの設定された標準を採用すると、よりアクセスしやすくなります.
シングルボードコンピューター (SBC)
それらはマイクロコントローラーよりも即興です. シングルボードコンピューターを使用すると、ユーザーは画面などの周辺機器に参加できます。, キーボード, ハツカネズミ. それ, 上に, より多くのメモリと処理に必要なより多くの電力を提供します. 例えば, マイクロコントローラには8ビットの16KHZマイクロプロセッサが搭載されています, シングルボードコンピュータには 1.2 GHz32ビットARMマイクロプロセッサ.
マイクロコントローラー開発ボードとシングルボードコンピューターのどちらを選択するのが最適ですか?
マイクロコントローラー開発ボードまたはシングルボードコンピューターの購入を計画している場合, アプリケーションの要件に関して、デバイスの主な特性を検討することが不可欠です。. また, 次の決定を使用して作業します;
- 必要に応じて、コンポーネントの設計回路に不可欠な出力コンポーネントと周辺センサーの量と種類を確立します.
- 単一のボードまたはマイクロコントローラーを選択して、周辺システムのコンポーネントを制御および調整します.
- デバイス内通信の使用に必要となる可能性のあるデータ通信プロトコルの基本的なプロトコルを選択してください. 例えば, マイクロコントローラーと接続されたセンサー間で通信する, I2Cを使用する.
- アプリケーションやクラウドサービスとの通信に不可欠なプロトコルとネットワークハードウェアを決定する.
- さらに進んだ後に達成すると予想される設計意図をIoTランドスケープデザインと比較します.
- 組み込みソフトウェアにアクセスする, プロトタイプ, デバイスの設計と最適なアプリケーションとサービスの選択. 機能要件および非機能要件とともにプロトタイプを評価することが時々可能です。, セキュリティなど, パフォーマンス, と信頼性. 次に、必要だと思う選択を再検討します.
IoTプロジェクトを展開するためのIoTハードウェア要件
IoTデバイスは、一部の設定された環境内でのみ動作します, そして彼らのハードウェアプロジェクトは大きく異なります; したがって、, 彼らは高度に専門化されています. それにもかかわらず, 一般的な既製のハードウェアでプロトタイピングすることにより、IoTソリューションの要件に合わせてカスタムメイドのカスタムPCBとそのコンポーネントを開発および設計することができます。. IoTプロジェクトを展開するとき, 以下のIoTハードウェア要件を考慮することが不可欠です:
セキュリティ要件
セキュリティはモノのインターネットの重要なコンポーネントです. デバイスのセキュリティ要件を考慮することは、すべての開発および設計段階で不可欠です. プロトタイピング時でも, デバイスによってキャプチャされたデータのセキュリティと整合性が損なわれていないことを確認してください. すべてのIoTデバイス, 彼らのネットワーク, ウェブサイトのサービスアプリケーション, および携帯電話はセキュリティ要件を適用します.
開発のしやすさ
開発の容易さは、プロトタイピングの際の優先度の高い要件です。. これにより、ユーザーは、データをキャプチャして他のデバイスやクラウドと相互接続するときに、IoTデバイスを迅速かつ効率的に稼働させることができます。. IoTプロジェクトを展開するとき, APIドキュメントの品質を念頭に置いてください, アクセシビリティ, と可用性. また, 開発のツールを検討する, デバイスの製造元または開発チームが提供するサポート.
データ収集, 処理, およびストレージ要件
キャプチャされたデータの解像度とサンプリングレートに接続されているセンサーの数は、処理されるデータの量の主な決定要因です。. また、データの保存と処理の要件にも影響します.
接続要件
ワイヤレスネットワークには、動作範囲などの接続要件があります, 送信信号がカバーする距離, 予測データと送信量. デバイスの接続要件を確認するとき, フォールトトレランスを検討することが重要です, デバイスの再接続機能, デバイスが切断された後、データの送信を再試行する場合の所要時間.
電力要件
電力要件は、主にネットワーク伝送速度とデバイス内のセンサーの数によって影響を受けます. したがって, IoTプロジェクトを展開するとき, デバイスにスーパーキャパシタやバッテリーなどのモバイル電源が必要か、電源用に配線されているかを検討することが重要です。. また, バッテリーのサイズを知っている, 容量要件, 重量, バッテリーが充電されている場合, 交換済み, またはそれが死んだときに破棄されます. バッテリーが充電可能な場合, どのような手段で、どのくらいの頻度で充電されているかを確認してください?
物理デバイスの設計要件
それらには、ハードウェアデバイスのサイズと物理的外観が含まれます. IoTデバイスを設計する場合, デバイスが設置される生態学的状況を考慮することが不可欠です. 例えば, デバイスに高耐久性または防水性が必要かどうかを検討してください? フリート監視アプリケーションの一部としてトラックの下側に設置されたすべてのアプライアンスは、それが正常に機能することを保証するために常に保護する必要があります, 過酷な条件下でも. デバイスは、耐水性があり、衝撃に耐える必要があります, 泥, と振動.
コスト要件
元のハードウェアの支出とセンサーなどの関連コンポーネントが、ハードウェアの価格の主な決定要因です。. ハードウェアコストを決定する他のコンポーネントには、メンテナンスや電力コストなどの継続的な運用コストが含まれます. また, 一部のデバイスのドライブとコンポーネントの妥当なライセンス料を検討することが不可欠です. カスタムボードの組み立ては、市販の既製の開発ボードを購入するよりも費用がかかります. 多数の機器を備えたIoTネットワークでスケールアウトする場合、ハードウェアデバイスを奉献するより賢明な代替手段です。.
プロセッサー
センサーデータがデータをキャプチャすると、結果をクラウドに伝達する前にデータが処理されます. したがって, 後続のセンサーデータを作成するために必要なデータ処理の量とセンサーの複雑さが処理レベルを決定します. 例えば, 温度の読み取り値は、時間の経過に伴う設定値または単一のデータ値の平均の簡単な図です。. しかも, イベントにフラグを立てるシーン検出アルゴリズムなしでデジタルビデオを記録できないセキュリティカメラは、より複雑になる可能性があります.
データの処理に必要な複雑さとパワーに基づく, 4つのIoTハードウェア処理クラスが必要です. 彼らです;
PCベースのシステム
PCベースのシステムは構成可能なプラットフォームであり、システムインテグレーターが安価な方法でカスタムシステムを簡単に作成できます。, 典型的なプロセッサ, 既製のマザーボード, ケース, および電源. 広範なローカルデータストレージ機能は、主にソリッドステートドライブによって提供されます (SSD) またはテラバイトのハードドライブ.
モバイルシステム
モバイルシステムには、スマートフォンやタブレット向けに最適化された特殊なサブセットを持つ組み込みシステムが組み込まれています. デバイスはバッテリー駆動であるため、すべてのモバイルシステムは頻繁に充電する必要があります. これらの本質的にパーソナルなデバイスは、エネルギーを節約し、デバイスのバッテリー寿命を延ばすための高度な電力管理システム機能を備えています. また, モバイルシステムは、高性能の処理機能を提供します.
マイクロプロセッサ (MPU) ベースの組み込みシステム
これらは、特定の製品の要件に対応するために強化された機能とパフォーマンスの包括的なオプションを提供します. 要件は主に通信システム用です, 家電, 自動車および産業用制御, 医療機器, およびその他の垂直市場アプリケーション.
マイクロコントローラー (MCU) ベースの組み込みシステム
これらのシステムは最小限の処理の必要性を必要とします, そしてそれらは低コストのソリューションを提供します. それにもかかわらず, マイクロプロセッサは、画像の処理を高速化する高度なインプラント固有のハードウェアモジュールであり、公開鍵と秘密鍵を交換するための暗号化アクセラレーションや真の乱数生成などのセキュリティの役割を果たします。 (白い).
IoTハードウェアアーキテクチャ
マイクロコントローラーユニットを使用して、IoTデバイスのハードウェアアーキテクチャを構築できます. システムのチップリソース, インターフェイス, 電力がマイクロコントローラユニットの選択を決定します. IoTハードウェア設計を解決するには、いくつかの機能を収集する必要があります. これらの機能は、完璧なIoTハードウェアプロトタイプと必須のIoTハードウェアキットの価格を完成させるのに役立ちます. それらは含まれています;
- アクチュエータまたはセンサーのタイプ
- 通信インターフェースの種類
- キャプチャおよび送信されたデータの量
- データ転送頻度
IoTソフトウェアアーキテクチャ
オープンソースコンポーネントは、IoTソフトウェアアーキテクチャの基盤です. 上の図は、ほとんどのシステムでIoTアーキテクチャが一般的にどのように使用されているかを示しています. Linuxは、ターゲットのIoTハードウェアおよびソフトウェア開発に決着をつける必要はありません; したがって、より広く使用されています.
現在, ほとんどの企業は、無数のIoT詳細アプリケーションですぐに使用できるIoTフレームワークを提供することを目指しています. CoAPプロトコルは、IoTのアプリケーション専用であるため、主に使用されます. このプロトコルは、IoTデバイスとリンクする標準メカニズムも提供します.
一般的なIoTハードウェアプラットフォーム
モノのインターネットアプリケーションの重要なコンポーネントは、IoTハードウェアプラットフォームです. これらのデバイスは、DIYプロトタイプまたはプロジェクトの構築にすばやく役立ちます. IoT開発で使用される最も一般的なハードウェアプラットフォームのいくつかは次のとおりです。;
- Raspberry Pi – RaspberryPiは小さなものとして広く普及しています, テクノロジーマニアの間で安いコンピューティングボード, 実験者, と教育者.
- Arduino (純正) –これは、使いやすいソフトウェアとハードウェアに基づくオープンソースのプロトタイピングプラットフォームです。.
- ESP8266 –参加します 160 アクセスとクライアントポイントを備えたMHzマイクロコントローラーフルTCP / IPスタックとDNSを備えたWi-Fiフロントエンド.
- Intel Edison –この小さな開発プラットフォームは 32 Intel AtomCPUを搭載したバイトIntelQuarkマイクロコントローラー.
- Intel Galileo –このIntelベースのアーキテクチャーAWS IoTハードウェアプラットフォームは、UnoR3向けのArduinoのシールドとピン互換のソフトウェアパッケージおよびコンピューターハードウェアです。.
- BeagleBone –このオープンハードウェアは、自宅で入手できるあらゆる種類のアイテムに接続できる小型のオープンソフトウェアコンピューターであるため、組み立てが簡単です。.
- Banana Pi –小型化を目指すシングルボードコンピューターです, 安いです, 日常の使用に十分な柔軟性.
- NodeMCU開発キット–すべてが1つのボードにPWMを統合, ADC, 1-ワイヤー, GPIO, ESP8266Wi-FiチップをベースにしたIIC.
- Flutter –Flutterには高速ARMプロセッサが搭載されています, オンボードのIoTハードウェアセキュリティチップ, 内蔵充電バッテリー, しっかりとした長距離無線通信.
オープンソースはIoTハードウェアに浸透しています
ほとんどのIoT開発者は、オープンソースの使用に精通しています。 91% それらのうち、オープンソースソフトウェアを適用します, オープンデータ, または、開発スタックの複数のフラグメントでハードウェアを開く, それをより説得力のあるものにする. しかしながら, 未満 2 から 10 IoT開発者は主に特許技術に依存しています, そして、彼らがオープンソースオプションを採用する可能性は低くなります. IoTオープンソースハードウェアの使用は、ほとんどのIoTハードウェア企業の間で支配的です. この高い使用率は、開発者の動機に関係なく常に維持されます, 学習するかどうか, 楽しい, またはお金.
オープンソースは新しい標準化です
標準ソリューションを使用すると、オープンスタンダードを使用した場合と同じ生産性が向上します。. 加えて, オープンソースでの公開標準の適用は、相互運用性の課題の解決を支援します, これは、新たなモノのインターネットにおける重大な問題です。. 使用するオープンソーステクノロジーに精通している新しい人員の簡略化されたトレーニング費用を常に考慮することが重要です。. これは、GoogleがMapReduceテクノロジーを下請けに出したときに行ったことです。. 主に, オープンソースソリューションは、AzureIoTハードウェアスペースで使用されます.
オープンソースは開発者を引き付けます
オープンソースは、オープンソースによって提供される提案の価値と基準に対してより微妙であるため、開発者の間で非常に熱心です。. より多い 78% IoT開発者の多くは、プロプライエタリよりも優れた代替手段よりも、可能な限り少なくとも1つの開発分野でオープンソーステクノロジーを使用することを好みます。. 企業がオープンソースを運営し、承認する場合, それらは、3つの重要な側面で開発者に一流の技術を知らせます.
- 開発者の精神と倫理に一致させる
- ソリューションの価値と開発者のサポートを強調します
- テクノロジーを最先端としてシェーディング
