Оборудование IoT представляет собой широкий спектр устройств, таких как датчики., мосты, и устройства маршрутизации. Эти устройства IoT выполняют важные функции по управлению важными задачами, такими как активация системы., коммуникация, условия действия, безопасность, и детальное определение действий и целей. Ниже, вы узнаете об аппаратных устройствах IoT, доступных в MOKOSmart, которые используют технологию IoT, строительные блоки оборудования IoT, архитектура программного обеспечения IoT, и распространенные аппаратные платформы Интернета вещей. более того, мы обсудим основные требования к оборудованию IoT, необходимые для развертывания проекта IoT, и все о платах для разработки микроконтроллеров., одноплатные компьютеры, и процессоры.
Строительные блоки оборудования IoT
В этой секции, мы обсудим некоторые строительные блоки оборудования IoT.
Предмет
В IoT, «Вещь» представляет собой актив, предназначенный для измерения, монитор, или контролировать. Большинство продуктов IoT полностью объединяют свои интеллектуальные устройства с «вещью». Например, такие продукты, как автоматические транспортные средства и умные холодильники, тщательно контролируют и контролируют себя.
В некоторых других приложениях, где «вещь» используется как отдельное устройство, конкретный продукт должен быть связан, чтобы подтвердить, что он обладает интеллектуальными возможностями.
Модуль сбора данных
Этот аппаратный компонент IoT ориентирован на получение физических сигналов от наблюдаемого или наблюдаемого объекта.. Позже он преобразует их в цифровые сигналы, которые компьютер может легко интерпретировать или манипулировать.. Все датчики, которые помогают получать реальные сигналы, такие как давление, плотность, температура, свет, вибрация, и движение содержатся в этом аппаратном компоненте IoT. Приложение определяет количество и тип необходимых датчиков..
Также, модуль сбора данных содержит необходимое оборудование, необходимое для преобразования сигналов от входящего датчика в цифровые данные, используемые компьютером.. Это включает в себя привыкание к входящему сигналу, интерпретация, аналого-цифровое преобразование, масштабирование, и минимизация шума.
Модуль обработки данных
Он включает в себя критически важный блок, используемый для обработки данных, который выполняет такие операции, как локальное хранилище данных., местная аналитика, и другие вычислительные операции.
Коммуникационный модуль
Этот модуль обеспечивает эффективную связь между облачной платформой и сторонними системами либо в облаке, либо локально..
Аппаратные датчики Интернета вещей
Датчики - самый важный элемент оборудования IoT. Датчики Интернета вещей состоят из нескольких модулей, таких как модули управления питанием., RF модули, сенсорные модули, и энергетические модули. Они идеально подходят для применения в;
- Близость
- Оптический рассеянный свет
- Обнаружение утечек
- Измерение температуры и влажности
- Электрический магнетизм
- ускорение
- Акустика и вибрация
- Определение химических газов
- Смещение
- Форсирующее давление
Датчики
Данные Интернета вещей не могут существовать без датчиков. Все датчики Интернета вещей создают аналоговые электрические сигналы, пропорциональные физическому активу.. Датчики используют АЦП (Аналого-цифровые преобразователи) для преобразования этих аналоговых сигналов в цифровые данные. Также, простые электрические свойства, такие как ток, индуктивность, Напряжение, сопротивление, и импеданс можно измерить с помощью датчиков.
более того, направление и силу магнитного и электрического полей можно измерить с помощью датчиков.
Неэлектрические свойства, которые измеряются датчиками, используют преобразователь для изменения физических свойств аналоговых электрических сигналов..
Наиболее распространенные физические свойства:;
- 3-D-параметры, такие как скорость, ускорение, смещение, и вибрация.
- Экологические свойства, такие как влажность и температура.
- Динамика жидкости и жидкости как давление, скорость потока, и звук.
Носимые электронные устройства
Это небольшие предметы экипировки, которые носят на голове., руки, шея, ноги, и торс. Некоторые из носимых электронных устройств, доступных в настоящее время на рынке, включают:;
- Умные очки, которые носят в голове
- Ошейники, которые носят на шее
- Умные часы, которые носят на руке
Рюкзаки и некоторые другие предметы одежды носят на торсе.
Другое оборудование IoT
Мы используем устройства каждый день, как планшеты, мобильные телефоны, и настольные компьютеры, как неотъемлемые части системы Интернета вещей. Мобильные телефоны позволяют функциональные удаленные и другие интегральные настройки модификации. Рабочий стол позволяет пользователю полностью контролировать систему.
В то время как планшеты позволяют пользователям получить доступ к ключевым функциям системы, а также используются в качестве удаленных, стандартизированные сетевые устройства, такие как коммутаторы и маршрутизаторы, образуют другие ключевые подключенные устройства.
Характеристики устройства IoT Hardware
С быстрым внедрением новых промышленных аппаратных платформ Интернета вещей, его ландшафт постоянно развивался. Устройства IoT имеют общие ключевые характеристики, которые можно оценить при выборе оборудования и программного обеспечения, используемых при настройке новой сети IoT или расширении и развитии уже существующих сетей.. Основные возможности, присущие устройствам Интернета вещей:;
Связь
Определяющей характеристикой всех устройств IoT является подключение к сети.. Когда устройства Интернета вещей локально общаются с другими, они используют облачные сервисы для публикации данных. Большинство устройств IoT передают информацию по беспроводной сети, либо используя Bluetooth маяк, 802.11 (Вай-фай), сотовые сети, RFID, или технологии LPWAN, такие как SigFox, Lora, или NB-IoT. Все неподвижные устройства оснащены проводной системой связи.. Эти стационарные устройства устанавливаются либо в промышленных системах управления., Домашняя автоматизация, и умные здания. Стандартные протоколы, такие как сеть контроллеров (МОЖЕТ) или универсальный асинхронный приемный передатчик (УАПП) подключать устройства как форма последовательной связи.
Управление энергопотреблением
Портативные и носимые устройства, которые в значительной степени зависят от беспроводных источников питания, таких как фотоэлектрические элементы и батареи, считают управление питанием опасным фактором.. Большинство пользователей иногда переводят свои устройства в режим пониженного энергопотребления или в спящий режим для экономии энергии.. Это зависит от модели использования пользователем и потребностей в питании задействованных интегральных схем. (ИС), датчики, или приводы. Уровень энергопотребления устройства увеличивается по мере увеличения количества подключенных компонентов..
Платы для разработки микроконтроллеров
Микроконтроллер - это форма SoC, которая обрабатывает данные и может хранить огромные объемы данных.. Они составляют память, ядра процессора, и стираемая программируемая постоянная память (EPROM) используется для запуска всех пользовательских программ на микроконтроллере. более того, платы разработки микроконтроллера имеют дополнительную электрическую структуру для поддержки микроконтроллера, что делает его более полезным при программировании или прототипировании с помощью микросхемы.
Микроконтроллер связан с исполнительными механизмами и датчиками через аппаратную шину или аналоговый или цифровой ввод / вывод общего назначения. (GPIO) штырьки. Все компоненты подключены к шине с использованием стандартных протоколов связи, таких как SPI и I2C., и SPI для общения. Замена или добавление элементов, связанных с шиной, становится более доступным, когда пользователь принимает некоторые установленные стандарты..
Одноплатные компьютеры (SBC)
Они более импровизированы, чем микроконтроллеры. Одноплатные компьютеры позволяют пользователю подключать периферийные устройства, такие как экраны, клавиатуры, мышь. Это, наверху, предлагает больше мощности, необходимой для обработки, и больше памяти. Например, микроконтроллер имеет 8-битный микропроцессор 16 кГц, в то время как одноплатные компьютеры имеют 1.2 32-разрядный микропроцессор ARM с тактовой частотой ГГц.
Что лучше выбрать между платами разработки микроконтроллеров и одноплатными компьютерами?
При покупке платы для разработки микроконтроллера или одноплатного компьютера, важно учитывать основные характеристики устройства с учетом требований вашего приложения.. Также, используйте следующие решения, чтобы проработать;
- При необходимости установите количество и вид выходных компонентов и периферийных датчиков, необходимых для расчетных схем компонента..
- Выберите одну плату или микроконтроллер для управления и координации компонентов периферийной системы..
- Выберите основные протоколы протоколов передачи данных, которые могут потребоваться для использования связи внутри устройства.. Например, для связи между микроконтроллером и подключенными датчиками, использовать I2C.
- Определите протоколы и сетевое оборудование, необходимые для связи с приложениями и облачными службами..
- Сравните проектный замысел, которого вы ожидаете достичь после дальнейшего продвижения, с ландшафтным дизайном Интернета вещей..
- Доступ к встроенному программному обеспечению, прототип, проектировать устройства и выбирать лучшие приложения и услуги. Время от времени можно оценивать свои прототипы наряду с функциональными и нефункциональными требованиями., например, безопасность, представление, и надежность. Затем вернитесь к выбору, который, по вашему мнению, необходим.
Требования к оборудованию IoT для развертывания вашего проекта IoT
IoT-устройства работают только в определенных условиях., и их аппаратные проекты сильно различаются; следовательно, они узкоспециализированные. тем не менее, можно разработать и спроектировать свои собственные печатные платы и их компоненты, адаптированные к требованиям вашего решения IoT, путем создания прототипов с помощью стандартного готового оборудования.. При развертывании вашего IoT-проекта, Необходимо учитывать приведенные ниже требования к оборудованию IoT.:
Требования безопасности
Безопасность - важный компонент Интернета вещей. Учет требований безопасности устройства является обязательным на всех этапах разработки и проектирования.. Даже при прототипировании, убедитесь, что безопасность и целостность данных, захваченных любым устройством, остаются неизменными. Все устройства IoT, их сеть, сервисные приложения сайтов, и мобильные телефоны применяют требования безопасности.
Легкость развития
Простота разработки - первоочередное требование при создании прототипов.. Это позволяет пользователю быстро и эффективно запустить IoT-устройство при сборе данных и подключении к другим устройствам и облаку.. При развертывании ваших IoT-проектов, иметь в виду качество документации API, доступность, и доступность. Также, рассмотреть инструменты развития, и поддержка, предоставляемая производителем устройства или командой разработчиков..
Получение данных, обработка, и требования к хранению
Количество датчиков, подключенных к разрешающей способности захваченных данных и частоте дискретизации, являются основными определяющими факторами объема данных, которые необходимо обработать.. Они также влияют на требования к хранению и обработке данных..
Требования к подключению
Беспроводная сеть имеет такие требования к подключению, как рабочий диапазон, расстояние, пройденное передающим сигналом, а также прогнозируемые данные и передаваемый объем. При проверке требований к подключению устройства, очень важно предусмотреть отказоустойчивость, возможность переподключения устройства, и сколько времени требуется устройству при повторной попытке отправить данные после отключения.
Требования к питанию
На требования к питанию в основном влияют скорость передачи данных по сети и количество датчиков в устройстве.. Следовательно, при развертывании вашего IoT-проекта, важно учитывать, нужен ли устройству мобильный источник питания, такой как суперконденсатор или аккумулятор, или проводное соединение для питания. Также, знать размер батареи, требования к мощности, масса, а если аккумулятор заряжен, заменены, или выброшен, когда он умирает. Если аккумулятор перезаряжаемый, проверьте, каким способом и как часто он заряжается?
Требования к конструкции физического устройства
Они включают размер и внешний вид аппаратного устройства.. При разработке устройства IoT, важно учитывать экологические ситуации, в которых будет установлено устройство.. Например, подумайте, потребуется ли устройству прочный или водонепроницаемый? Все устройства, устанавливаемые на днище грузовика как часть приложения для мониторинга автопарка, всегда должны быть защищены, чтобы гарантировать его правильную работу., даже в суровых условиях. Устройство должно быть водонепроницаемым и устойчивым к ударам., грязь, и вибрация.
Требования к стоимости
Стоимость оригинального оборудования и сопутствующие компоненты, такие как датчики, являются основными факторами, определяющими цену оборудования.. Другие компоненты, определяющие стоимость оборудования, включают текущие эксплуатационные расходы, такие как затраты на обслуживание и электроэнергию.. Также, важно продумать разумную лицензионную плату для некоторых дисков и компонентов устройства.. Сборка нестандартных плат обходится дороже, чем покупка имеющихся в продаже готовых плат для разработки.. Это более разумная альтернатива освящению аппаратных устройств при масштабировании в сети IoT с помощью множества инструментов..
Процессоров
Данные обрабатываются после того, как сенсорные данные захватывают их, прежде чем передавать результаты в облако.. таким образом, объем обработки данных, необходимый для создания последующих данных датчика, и сложность датчиков определяет уровень обработки. Например, показание температуры представляет собой простую иллюстрацию среднего значения заданных значений или одного значения данных с течением времени. более того, камера безопасности, неспособная записывать цифровое видео без алгоритма обнаружения сцены, помечающего событие, может быть более сложной.
В зависимости от сложности и мощности, необходимых для обработки данных, требуется четыре класса аппаратной обработки IoT. Они есть;
Системы на базе ПК
Системы на базе ПК представляют собой конфигурируемые платформы, которые позволяют системным интеграторам легко создавать собственные системы из дешевых, типовые процессоры, стандартные материнские платы, случаи, и блоки питания. Широкие возможности локального хранения данных в основном обеспечиваются твердотельными накопителями. (SSD) или терабайтные жесткие диски.
Мобильные системы
Мобильные системы включают в себя встроенные системы, у которых есть специализированное подмножество, оптимизированное для смартфонов и планшетов.. Все мобильные системы требуют частой зарядки, так как устройства работают от батарей.. Эти по сути персональные устройства обладают расширенными возможностями системы управления питанием для экономии энергии и продления срока службы батареи устройства.. Также, мобильные системы предлагают возможности высокопроизводительной обработки.
Микропроцессор (MPU) Встроенные системы на базе
Они предлагают широкий спектр возможностей и производительности, повышенные для удовлетворения требований для конкретных продуктов.. Требования в первую очередь к системам связи., бытовая электроника, автомобильный и промышленный контроль, медицинское оборудование, и другие приложения вертикального рынка.
Микроконтроллер (MCU) Встроенные системы на базе
Эти системы требуют минимальных затрат на обработку., и предлагают недорогие решения. тем не менее, микроконтроллеры - это продвинутые аппаратные модули для конкретных имплантатов для ускорения обработки изображений и ролей безопасности, таких как криптографическое ускорение для обмена общедоступными / закрытыми ключами и генерация истинных случайных чисел (БЕЛЫЙ).
Аппаратная архитектура Интернета вещей
Блоки микроконтроллеров могут использоваться для построения аппаратной архитектуры устройства IoT.. Ресурсы микросхемы системы, интерфейсы, а мощность определяет выбор блока микроконтроллера. Некоторые функции должны быть собраны, чтобы уладить дизайн оборудования IoT.. Эти функции помогают завершить создание идеального прототипа оборудования IoT и установить цену на обязательный комплект оборудования IoT.. Они включают;
- Тип исполнительных механизмов или датчиков
- Тип коммуникационного интерфейса
- Количество захваченных и переданных данных
- Частота передачи данных
Архитектура программного обеспечения Интернета вещей
Компоненты с открытым исходным кодом являются основой архитектуры программного обеспечения Интернета вещей.. На рисунке выше показано, как архитектура IoT обычно используется в большинстве систем.. Linux не нужно останавливаться на целевом оборудовании и разработке программного обеспечения для Интернета вещей.; следовательно, он более широко используется.
В настоящее время, большинство компаний стремятся предоставить инфраструктуры Интернета вещей, готовые к использованию в бесчисленных детализированных приложениях Интернета вещей.. Протокол CoAP в основном используется, поскольку он предназначен исключительно для приложений IoT.. Протокол также предоставляет стандартный механизм связи с устройствами Интернета вещей..
Общие аппаратные платформы Интернета вещей
Важнейшими компонентами приложений Интернета вещей являются аппаратные платформы Интернета вещей.. Эти устройства могут быстро помочь вам создать прототип или проект своими руками.. Некоторые из наиболее распространенных аппаратных платформ, используемых в разработках Интернета вещей:;
- Raspberry Pi - Raspberry Pi широко распространен как маленький, дешевая вычислительная плата среди фанатиков технологий, экспериментаторы, и педагоги.
- Ардуино (Подлинный) - Это платформа для создания прототипов с открытым исходным кодом, основанная на программном и аппаратном обеспечении, которые просты в использовании..
- ESP8266 - присоединяется к 160 Микроконтроллер МГц с точками доступа и клиентскими точками, полными стеками TCP / IP и интерфейсом Wi-Fi с DNS.
- Intel Edison - эта небольшая платформа для разработки имеет 32 байт микроконтроллер Intel Quark с процессором Intel Atom.
- Intel Galileo - Эта архитектурная аппаратная платформа AWS IoT на базе Intel представляет собой программный пакет и компьютерное оборудование, совместимое по выводам с экранами Arduino, предназначенными для Uno R3..
- BeagleBone - это открытое оборудование легко собрать, поскольку это небольшой компьютер с открытым программным обеспечением, который можно подключить ко всем видам устройств, доступных в домашних условиях..
- Banana Pi - это одноплатный компьютер, стремящийся к миниатюрности., дешевый, и достаточно гибкий для повседневного использования.
- NodeMCU Dev Kit - все на одной плате с интеграцией ШИМ, адъютант, 1-Проволока, GPIO, и IIC, поскольку он основан на чипе ESP8266 Wi-Fi.
- Flutter - Flutter имеет высокоскоростной процессор ARM., чип безопасности оборудования IoT на борту, встроенные зарядные батареи, и надежная беспроводная связь на большие расстояния.
Открытый исходный код широко используется в оборудовании IoT
Большинство разработчиков Интернета вещей знакомы с использованием открытого исходного кода, где более чем 91% из них применяют программное обеспечение с открытым исходным кодом, открытые данные, или открывать оборудование более чем в одном фрагменте своего стека разработки, сделать его более убедительным. тем не мение, меньше, чем 2 снаружи 10 Разработчики Интернета вещей в основном полагаются на запатентованную технологию, и менее вероятно, что они адаптируют вариант с открытым исходным кодом. Использование оборудования с открытым исходным кодом для Интернета вещей является доминирующим среди большинства компаний, производящих оборудование для Интернета вещей.. Такой высокий уровень использования всегда сохраняется независимо от мотивов разработчика., ли для обучения, веселье, или деньги.
Открытый исходный код - это новая стандартизация
Использование стандартных решений дает такой же прирост производительности, что и открытые стандарты.. К тому же, применение государственных стандартов в открытых источниках помогает в решении проблем совместимости, что является серьезной проблемой в развивающемся Интернете вещей.. Крайне важно всегда учитывать сокращенные расходы на обучение нового персонала, знакомого с используемой вами технологией с открытым исходным кодом.. Это то, что сделал Google, когда передал субподряд на технологию MapReduce.. В основном, решения с открытым исходным кодом используются в аппаратном пространстве Azure IoT.
Открытый исходный код привлекает разработчиков
Открытый исходный код пользуется огромным энтузиазмом среди разработчиков, поскольку они более тонко относятся к ценностям и стандартам предложений, предлагаемым открытым исходным кодом.. Больше, чем 78% разработчиков Интернета вещей предпочитают использовать технологии с открытым исходным кодом по крайней мере в одной области разработки, когда они могут, чем в альтернативах, которые превосходят проприетарные. Когда компания работает и поддерживает открытый исходный код, они сигнализируют о первоклассной технологии разработчику в трех важных аспектах.
- Приведение в соответствие с этикой и этикой разработчика
- Подчеркивает ценность вашего решения и поддержку разработчика
- Оттеняет передовые технологии
