O Hardware IoT constitui uma grande variedade de dispositivos, como sensores, pontes, e dispositivos de roteamento. Esses dispositivos IoT executam funções críticas de gerenciamento de tarefas essenciais, como ativar o sistema, comunicação, estipulações de ação, segurança, e detectar ações e metas detalhadas. Abaixo, você aprenderá os dispositivos de hardware IoT disponíveis no MOKOSmart que usa a tecnologia IoT, os blocos de construção de hardware IoT, a arquitetura do software IoT, e as plataformas de hardware IoT comuns. Além disso, discutiremos os requisitos essenciais de hardware de IoT necessários para implantar um projeto de IoT e tudo sobre placas de desenvolvimento de microcontroladores, computadores de placa única, e processadores.
Os blocos de construção do hardware IoT
Nesta secção, discutiremos alguns blocos de construção do hardware IoT.
Coisa
Em IoT, “Coisa” representa o ativo que se pretende medir, monitor, ou controle. A maioria dos produtos IoT incorpora totalmente seus dispositivos inteligentes com a "coisa". Por exemplo, produtos como veículos automáticos e refrigeradores inteligentes monitoram e controlam completamente a si próprios.
Em algumas outras aplicações onde "a coisa" é usada como um dispositivo sozinho, um produto específico deve ser vinculado para certificar que possui recursos inteligentes.
Módulo de Aquisição de Dados
Este componente de hardware IoT se concentra na obtenção de sinais físicos da coisa monitorada ou observada. Posteriormente, ele os converte em sinais digitais que um computador pode facilmente interpretar ou manipular. Todos os sensores que auxiliam na obtenção de sinais do mundo real, como pressão, densidade, temperatura, luz, vibração, e o movimento estão contidos neste componente de hardware IoT. O aplicativo determina o número e tipo de sensores necessários.
Além disso, o módulo de aquisição de dados compreende o hardware necessário que é essencial para converter sinais do sensor de entrada em dados digitais usados pelo computador. Isso envolve a habituação do sinal de entrada, interpretação, conversão analógico para digital, escala, e minimizando o ruído.
Módulo de Processamento de Dados
Compreende a unidade crítica usada para processar dados que executa operações como armazenamento local de dados, analítica local, e outras operações de computação.
Módulo de Comunicação
Este módulo permite a comunicação eficaz entre a plataforma em nuvem e os sistemas de terceiros na nuvem ou localmente.
Sensores de Hardware IoT
Sensores são o item mais crítico no hardware IoT. Os sensores IoT compreendem vários módulos, como módulos de gerenciamento de energia, Módulos RF, módulos de detecção, e módulos de energia. Eles são ideais para aplicação em;
- Proximidade
- Luz ambiente ótica
- Detectando vazamentos
- Medindo temperatura e umidade
- Magnetismo elétrico
- Aceleração
- Acústica e vibração
- Identificação de gases químicos
- Deslocamento
- Forçando pressão
Sensores
Os dados IoT não podem existir sem sensores. Todos os sensores IoT criam sinais elétricos analógicos que são proporcionais a um ativo físico. Sensores usam ADCs (Conversores analógico para digital) para converter esses sinais analógicos em dados digitais. Além disso, propriedades elétricas simples como corrente, indutância, Voltagem, resistência, e a impedância pode ser medida usando sensores.
Além disso, a direção e a força dos campos magnéticos e elétricos podem ser medidas usando sensores.
Propriedades não elétricas que são medidas por sensores usam um transdutor para alterar as propriedades físicas para sinais elétricos analógicos.
As propriedades físicas mais comuns são;
- 3-Parâmetros D como velocidade, aceleração, deslocamento, e vibração.
- Propriedades ecológicas como umidade e temperatura.
- Dinâmica de fluido líquido como pressão, taxas de fluxo, e som.
Dispositivos eletrônicos vestíveis
Estes são pequenos equipamentos usados na cabeça, braços, pescoço, pés, e torso. Todos os sensores que auxiliam na obtenção de sinais do mundo real, como pressão;
- Óculos inteligentes que são usados na cabeça
- Coleiras que são usadas no pescoço
- Relógios inteligentes que são usados no braço
Mochilas e algumas outras peças de roupa são usadas no torso
Outros dispositivos de hardware IoT
Usamos dispositivos todos os dias, como tablets, celulares, e desktops, como partes essenciais de um sistema IoT. Os telefones celulares permitem configurações remotas funcionais e outras configurações de modificação integral. Todos os sensores que auxiliam na obtenção de sinais do mundo real, como pressão.
Enquanto os tablets permitem que os usuários acessem os principais recursos do sistema e também são usados como remotos, dispositivos de rede padronizados, como switches e roteadores, formam outros dispositivos principais conectados.
Características do dispositivo de hardware IoT
Com a rápida introdução de novas plataformas de hardware IoT industriais, sua paisagem se desenvolveu constantemente. Os dispositivos IoT têm características-chave comuns que oferecem avaliação ao escolher hardware e software usados na configuração de uma nova rede IoT ou expandir e desenvolver as redes já existentes. Os recursos essenciais caracterizados por dispositivos IoT são;
Conectividade
Todos os dispositivos IoT têm conectividade de rede como característica definidora. Quando os dispositivos IoT se comunicam localmente com outros, eles usam serviços baseados em nuvem para publicar dados. A maioria dos dispositivos IoT transfere informações sem fio, ou usando Farol Bluetooth, 802.11 (Wi-fi), redes celulares, RFID, ou as tecnologias LPWAN como SigFox, LoRa, ou NB-IoT. Todos os dispositivos imóveis são equipados com um sistema de comunicação com fio. Esses dispositivos estacionários são instalados em aplicações de controle industrial, automação residencial, e edifícios inteligentes. Protocolos padrão como o Controller Area Network (POSSO) ou o transmissor receptor assíncrono universal (UART) conectar dispositivos como uma forma de comunicação serial.
Gerenciamento de energia
Dispositivos portáteis e vestíveis que dependem fortemente de fontes de energia sem fio, como células fotovoltaicas e baterias, consideram o gerenciamento de energia um fator perigoso. A maioria dos usuários às vezes coloca seus dispositivos no modo de baixo consumo de energia ou no modo de hibernação para economizar energia. Isso depende dos padrões de uso do usuário e das necessidades de energia dos circuitos integrados envolvidos (ICs), sensores, ou atuadores. A taxa de consumo de energia do dispositivo aumenta conforme você aumenta os componentes conectados.
Placas de desenvolvimento de microcontroladores
Um microcontrolador é uma forma de SoC que processa dados e pode armazenar grandes quantidades de dados. Eles compreendem a memória, núcleos de processador, e uma memória somente leitura programável apagável (EPROM) usado para manter todos os programas personalizados em execução no microcontrolador. Além disso, As placas de desenvolvimento do microcontrolador têm uma estrutura elétrica extra para suportar o microcontrolador, tornando-o mais benéfico na programação ou prototipagem com o chip.
O microcontrolador é conectado a atuadores e sensores por meio de um barramento de hardware ou entrada / saída de uso geral analógica ou digital (GPIO) alfinetes. Todos os componentes conectados ao barramento usando protocolos de comunicação padrão, como SPI e I2C, e SPI para comunicar. Trocar ou adicionar elementos vinculados ao barramento torna-se mais acessível quando o usuário adota alguns padrões definidos.
Computadores de placa única (SBCs)
Eles são mais improvisados do que microcontroladores. Os computadores de placa única permitem que o usuário entre em dispositivos periféricos, como telas, teclados, o rato. Isto, em cima, oferece mais potência necessária para processamento e mais memória. Por exemplo, um microcontrolador tem um microprocessador 16KHZ de 8 bits, enquanto os computadores de placa única têm um 1.2 Microprocessador ARM de 32 bits GHz.
Qual é a melhor escolha entre placas de desenvolvimento de microcontroladores e computadores de placa única?
Ao planejar a compra de uma placa de desenvolvimento de microcontrolador ou um computador de placa única, é imprescindível contemplar as principais características do aparelho quanto aos requisitos de sua aplicação. Além disso, use as seguintes decisões para trabalhar;
- Estabeleça a quantidade e o tipo de componentes de saída e sensores periféricos essenciais para os circuitos de design do componente, se necessário.
- Escolha uma única placa ou um microcontrolador para controlar e coordenar os componentes de um sistema periférico.
- Escolha os protocolos essenciais de protocolos de comunicação de dados que você pode exigir para uso de comunicação intra-dispositivo. Por exemplo, para se comunicar entre um microcontrolador e sensores conectados, use um I2C.
- Determine os protocolos e hardware de rede essenciais para se comunicar com aplicativos e serviços em nuvem.
- Compare a intenção do projeto que você espera alcançar depois de avançar ainda mais com seu projeto paisagístico de IoT.
- Acesse o software embutido, protótipo, design do dispositivo e selecione os melhores aplicativos e serviços. De vez em quando, é possível avaliar seus protótipos juntamente com seus requisitos funcionais e não funcionais, como segurança, atuação, e confiabilidade. Em seguida, reveja as escolhas que você acha necessárias.
Requisitos de hardware IoT para implantar seu projeto IoT
Os dispositivos IoT operam apenas em alguns ambientes definidos, e seus projetos de hardware diferem amplamente; conseqüentemente, eles são altamente especializados. mesmo assim, é possível desenvolver e projetar seus PCBs personalizados e seus componentes feitos sob medida para os requisitos de sua solução de IoT por prototipagem com o hardware genérico disponível no mercado. Ao implantar seu projeto IoT, é essencial considerar os requisitos de hardware IoT abaixo:
Requisitos de segurança
A segurança é um componente essencial da Internet das Coisas. Considerar os requisitos de segurança do dispositivo é fundamental em todos os estágios de desenvolvimento e design. Mesmo durante a prototipagem, certifique-se de que a segurança e integridade dos dados capturados por qualquer dispositivo permaneçam intactos. Todos os dispositivos IoT, a rede deles, aplicativos de serviço de sites, e celulares aplicam os requisitos de segurança.
Facilidade de desenvolvimento
A facilidade de desenvolvimento é um requisito de alta prioridade durante a prototipagem. Ele permite que o usuário coloque o dispositivo IoT em funcionamento de forma rápida e eficiente ao capturar dados e interconectar-se com outros dispositivos e a nuvem. Ao implantar seus projetos de IoT, tenha em mente a qualidade da documentação da API, acessibilidade, e disponibilidade. Além disso, considere as ferramentas de desenvolvimento, e suporte fornecido pelo fabricante do dispositivo ou pela equipe de desenvolvimento.
Aquisição de dados, em processamento, e requisitos de armazenamento
O número de sensores conectados à resolução dos dados capturados e a taxa de amostragem são os principais determinantes do volume dos dados a serem processados. Eles também influenciam os requisitos de armazenamento e processamento de dados.
Requisitos de conectividade
A rede sem fio tem requisitos de conectividade, como alcance operacional, distância percorrida pelo sinal de transmissão, e os dados previstos e o volume transmitido. Ao verificar os requisitos de conectividade do dispositivo, é vital contemplar a tolerância a falhas, a capacidade de reconexão do dispositivo, e quanto tempo um dispositivo leva ao tentar enviar dados novamente depois de desconectar.
Requerimentos poderosos
Os requisitos de energia são impactados principalmente pela taxa de transmissão da rede e pelo número de sensores no dispositivo. Portanto, ao implantar seu projeto IoT, é essencial considerar se o dispositivo precisa de uma fonte de energia móvel, como um supercapacitor ou uma bateria ou cabeada para energia. Além disso, saber o tamanho da bateria, requisitos de capacidade, peso, e se a bateria for recarregada, substituído, ou descartado quando morre. Caso a bateria seja recarregável, verifique por que meios e com que frequência é cobrado?
Requisitos de design de dispositivo físico
Eles incluem o tamanho e a aparência física do dispositivo de hardware. Ao projetar um dispositivo IoT, é fundamental considerar as situações ecológicas em que o dispositivo será instalado. Por exemplo, considere se o dispositivo exigirá um resistente ou à prova d'água? Todos os aparelhos instalados na parte inferior de um caminhão como parte de um aplicativo de monitoramento de frota devem ser sempre protegidos para garantir que funcione bem, mesmo quando sob condições adversas. O dispositivo deve ser resistente à água e impermeável a choques, sujeira, e vibração.
Requisitos de custo
O gasto do hardware original e componentes aliados, como sensores, são os principais determinantes do preço do hardware. Outros componentes que determinam o custo do hardware incluem o custo operacional contínuo, como manutenção e custo de energia. Além disso, é essencial pensar nas taxas de licenciamento razoáveis para as unidades e componentes de alguns dispositivos. Montar placas personalizadas é mais caro do que comprar placas de desenvolvimento de prateleira acessíveis comercialmente. É uma alternativa mais sábia para consagrar dispositivos de hardware ao escalar na rede IoT com vários instrumentos.
Processadores
Os dados são processados assim que os dados do sensor os capturam antes de transmitir os resultados para a nuvem. portanto, a quantidade de processamento de dados necessária para criar os dados do sensor subsequentes e a complexidade dos sensores determina o nível de processamento. Por exemplo, a leitura da temperatura é uma ilustração simples de uma média de valores definidos ou um único valor de dados ao longo do tempo. Além disso, uma câmera de segurança incapaz de gravar vídeo digital sem o algoritmo de detecção de cena sinalizando um evento pode ser mais complexa.
Com base na complexidade e na potência necessária para processar dados, quatro classes de processamento de hardware IoT são necessárias. Eles são;
Sistemas baseados em PC
Os sistemas baseados em PC são plataformas configuráveis que permitem a fácil criação de sistemas personalizados por integradores de sistemas baratos, processadores típicos, placas-mãe prontas para usar, estojos, e fontes de alimentação. Extensas capacidades de armazenamento de dados locais são fornecidas principalmente por unidades de estado sólido (SSDs) ou terabytes de disco rígido.
Sistemas Móveis
Os sistemas móveis incorporam sistemas incorporados que possuem um subconjunto especializado otimizado para smartphones e tablets. Todos os sistemas móveis requerem carregamento frequente, pois os dispositivos são alimentados por bateria. Esses dispositivos intrinsecamente pessoais têm recursos avançados de sistema de gerenciamento de energia para conservar energia e estender a vida útil da bateria do dispositivo. Além disso, sistemas móveis oferecem recursos de processamento de alto desempenho.
Microprocessador (MPU) Sistemas Embarcados Baseados
Eles oferecem uma gama de opções inclusivas de capacidade e desempenho elevados para atender aos requisitos de produtos específicos. Os requisitos são principalmente para sistemas de comunicação, eletrônicos de consumo, controles automotivos e industriais, dispositivos médicos, e outras aplicações de mercado vertical.
Microcontrolador (MCU) Sistemas Embarcados Baseados
Esses sistemas requerem necessidades mínimas de processamento, e eles oferecem soluções de baixo custo. mesmo assim, microcontroladores são módulos avançados de hardware específicos de implantes para acelerar o processamento de imagens e funções de segurança, como aceleração criptográfica para troca de chaves públicas / privadas e geração de números aleatórios reais (BRANCO).
Arquitetura de Hardware IoT
As unidades de microcontrolador podem ser usadas para construir a arquitetura de hardware do dispositivo IoT. Os recursos do chip do sistema, interfaces, e a potência determina a escolha de uma unidade de microcontrolador. Alguns recursos devem ser coletados para definir o design de hardware IoT. Esses recursos auxiliam na finalização do protótipo de hardware IoT perfeito e no preço do kit de hardware IoT obrigatório. Eles incluem;
- Tipo de atuadores ou sensores
- Tipo de interface de comunicação
- Quantidade de dados capturados e transmitidos
- Frequência de transporte de dados
Arquitetura de software IoT
Os componentes de código aberto são a base da arquitetura de software IoT. A figura acima mostra como a arquitetura IoT é comumente usada na maioria dos sistemas. O Linux não precisa se estabelecer no hardware IoT de destino e desenvolvimento de software; portanto, é mais amplamente usado.
Atualmente, a maioria das empresas tem como objetivo fornecer estruturas de IoT prontas para uso em inúmeras aplicações detalhadas de IoT. O protocolo CoAP é usado principalmente, pois é exclusivo para aplicações da IoT. O protocolo também fornece um mecanismo padrão que se conecta a dispositivos IoT.
Plataformas de hardware IoT comuns
Os componentes essenciais dos aplicativos da Internet das Coisas são as plataformas de hardware IoT. Esses dispositivos podem ajudá-lo rapidamente a construir seu protótipo ou projeto DIY. Algumas das plataformas de hardware mais comuns usadas nos desenvolvimentos de IoT são;
- Raspberry Pi - Raspberry Pi é amplamente difundido como um pequeno, placa de computação barata entre fanáticos por tecnologia, experimentadores, e educadores.
- Arduino (Genuíno) - É uma plataforma de prototipagem de código aberto baseada em software e hardware fácil de usar.
- ESP8266 - Ele se junta a um 160 Microcontrolador MHz com acesso e pontos de cliente com pilhas TCP / IP completas e front-end de Wi-Fi com DNS.
- Intel Edison - Esta pequena plataforma de desenvolvimento apresenta um 32 microcontrolador Intel Quark de bytes com uma CPU Intel Atom.
- Intel Galileo - Esta plataforma de hardware AWS IoT arquitetônica baseada em Intel é um pacote de software e pino de hardware de computador compatível com os shields do Arduino destinados ao Uno R3.
- BeagleBone - Este hardware aberto é fácil de montar, pois é um pequeno computador de software aberto que pode ser conectado a todos os tipos de itens disponíveis em casa.
- Banana Pi - É um computador de placa única que pretende ser minúsculo, barato, e flexível o suficiente para o uso diário.
- NodeMCU Dev Kit - tudo em uma placa integra o PWM, ADC, 1-Arame, GPIO, e IIC, pois é baseado no chip ESP8266 Wi-Fi.
- Flutter - Flutter tem um processador ARM de alta velocidade, um chip de segurança de hardware IoT integrado, baterias de carregamento embutidas, e comunicação sem fio sólida de longo alcance.
O código aberto é difundido no hardware IoT
A maioria dos desenvolvedores de IoT está familiarizada com o uso de código aberto onde mais do que 91% deles aplicam o software de código aberto, Dados abertos, ou hardware aberto em mais de um fragmento de sua pilha de desenvolvimento, tornando-o mais persuasivo. Contudo, Menor que 2 fora de 10 Os desenvolvedores de IoT confiam principalmente na tecnologia patenteada, e é menos provável para eles adaptarem a opção de código aberto. O uso de hardware de código aberto IoT é dominante entre a maioria das empresas de hardware IoT. Esta alta taxa de uso sempre se mantém, independentemente do motivo do desenvolvedor, seja para aprender, Diversão, ou dinheiro.
O código aberto é a nova padronização
O uso de soluções padrão tem os mesmos ganhos de produtividade proporcionados pelo uso de padrões abertos. além do que, além do mais, aplicações de padrões públicos em fontes abertas auxiliam na solução dos desafios de interoperabilidade, que é um problema crítico na emergente Internet das Coisas. É fundamental sempre considerar as despesas de treinamento abreviadas de novos funcionários familiarizados com a tecnologia de código aberto que você usa. Isso é o que o Google fez ao subcontratar sua tecnologia MapReduce. Principalmente, soluções de código aberto são usadas no espaço de hardware IoT do Azure.
Código aberto atrai desenvolvedores
O código aberto tem um grande entusiasmo entre os desenvolvedores, pois eles são mais sutis em relação aos valores e padrões das proposições oferecidos pelo código aberto. Mais que 78% dos desenvolvedores de IoT preferem usar a tecnologia de código aberto em pelo menos um campo de desenvolvimento sempre que podem do que em alternativas superiores às proprietárias. Quando uma empresa opera e endossa um código aberto, eles sinalizam uma tecnologia de ponta para o desenvolvedor em três aspectos vitais.
- Alinhado com o espírito e a ética do desenvolvedor
- Destaca o valor da sua solução e o suporte do desenvolvedor
- Encara a tecnologia como de ponta
