了解这些秘密将使您的物联网硬件看起来很棒

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物联网硬件构成了传感器等各种各样的设备, 桥梁, 和路由设备. 这些物联网设备执行管理基本任务的关键功能,例如激活系统, 沟通, 行动规定, 安全, 并检测详细的行动和目标. 以下, 您将了解 MOKOSmart 提供的使用物联网技术的物联网硬件设备, 物联网硬件构建块, 物联网软件架构, 以及常见的物联网硬件平台. 此外, 我们将讨论部署 IoT 项目所需的基本 IoT 硬件要求以及所有关于微控制器开发板的信息, 单板计算机, 和处理器.

物联网硬件构建块

在这个部分, 我们将讨论物联网硬件的一些构建块.

事物

在物联网, “事物”代表旨在衡量的资产, 监视器, 或控制. 大多数物联网产品将其智能设备与“事物”完全结合在一起。例如, 自动驾驶汽车、智能冰箱等产品对自身进行彻底监控和控制.

物联网硬件构建块

在其他一些将“事物”用作单独设备的应用中, 必须链接特定产品以证明其具有智能功能.

数据采集​​模块

这个物联网硬件组件专注于从被监视或观察到的事物中获取物理信号. 后来将它们转换为计算机可以轻松解释或操作的数字信号. 所有有助于获得真实世界信号(如压力)的传感器, 密度, 温度, 光, 振动, 和运动包含在这个物联网硬件组件中. 应用程序确定所需传感器的数量和类型.

也, 数据采集​​模块包括所需的硬件,这些硬件对于将来自传入传感器的信号转换为计算机使用的数字数据至关重要. 这涉及传入信号的习惯, 解释, 模数转换, 缩放, 并尽量减少噪音.

数据处理模块

它包括用于处理执行本地数据存储等操作的数据的关键单元, 本地分析, 和其他计算操作.

通讯模块

该模块允许云平台和第三方系统在云端或本地进行有效通信.

物联网硬件传感器

传感器是物联网硬件中最关键的项目. 物联网传感器包含多个模块,如电源管理模块, 射频模块, 传感模块, 和能源模块. 它们非常适合应用在;

  • 接近
  • 光学环境光
  • 检测泄漏
  • 测量温度和湿度
  • 电磁学
  • 加速
  • 声学和振动
  • 识别化学气体
  • 移位
  • 强制压力

传感器

没有传感器就不可能存在物联网数据. 所有物联网传感器都会产生与物理资产成比例的模拟电信号. 传感器使用 ADC (模数转换器) 将这些模拟信号转换为数字数据. 也, 简单的电气特性,如电流, 电感, 电压, 抵抗性, 和阻抗可以使用传感器测量.

此外, 可以使用传感器测量磁场和电场的方向和强度.

传感器测量的非电特性使用换能器将物理特性改变为模拟电信号.

最常见的物理性质是;

  • 3-D 参数如速度, 加速度, 移位, 和振动.
  • 湿度和温度等生态特性.
  • 液体流体动力学,如压力, 流量, 和声音.

可穿戴电子设备

这些是戴在头上的小件装备, 武器, 脖子, 脚, 和躯干. 目前市场上的一些可穿戴电子设备包括;

  • 戴在头上的智能眼镜
  • 戴在脖子上的项圈
  • 戴在手臂上的智能手表

背包和其他一些衣服穿在躯干上

可穿戴电子设备

其他物联网硬件设备

我们每天都在使用设备, 像平板电脑, 手机, 和台式机, 作为物联网系统的重要组成部分. 手机允许功能远程和其他整体修改设置. 桌面使用户能够彻底控制系统.

虽然平板电脑使用户能够访问系统的主要功能,也可以用作远程, 交换机和路由器等标准化网络设备构成其他关键连接设备.

其他物联网设备

物联网硬件设备的特点

随着新型工业物联网硬件平台的快速推出, 它的景观不断发展. 物联网设备具有共同的关键特性,可在选择用于配置新物联网网络或扩展和开发现有网络的硬件和软件时进行评估. 物联网设备的基本功能是;

连通性

所有物联网设备都将网络连接作为其定义特征. 当 IoT 设备在本地与其他设备通信时, 他们使用基于云的服务来发布数据. 大多数物联网设备以无线方式传输信息, 要么使用 蓝牙信标, 802.11 (无线上网), 蜂窝网络, 射频识别, 或 SigFox 等 LPWAN 技术, 劳拉, 或窄带物联网. 所有固定设备均配备有线通信系统. 这些固定设备要么安装在工业控制应用中, 家庭自动化, 和智能建筑. 标准协议,如控制器局域网 (能够) 或通用异步接收器发送器 (串口) 以串行通信的形式连接设备.

能源管理

严重依赖无线电源(如光伏电池和电池)的便携式和可穿戴设备将电源管理视为危险因素. 大多数用户有时会将他们的设备置于低功耗模式或睡眠模式以节省电量. 这取决于用户的使用模式和相关集成电路的电源需求 (集成电路), 传感器, 或执行器. 随着附加组件的增加,设备的功耗率会上升.

微控制器开发板

微控制器是 SoC 的一种形式,可以处理数据并可以存储大量数据. 它们包括内存, 处理器核心, 和可擦除可编程只读存储器 (只读存储器) 用于保持所有自定义程序在微控制器上运行. 此外, 微控制器开发板有一个额外的电气结构来支持微控制器,使其更利于芯片编程或原型设计.

微控制器通过硬件总线或模拟或数字通用输入/输出与执行器和传感器连接 (通用输入输出) 别针. 使用标准通信协议(例如 SPI 和 I2C)连接到总线的所有组件, 和SPI通信. 当用户采用某些既定标准时,可以更容易地交换或添加与总线链接的元素.

单板电脑 (单板计算机)

它们比微控制器更即兴. 单板计算机使用户能够加入屏幕等外围设备, 键盘, 老鼠. 它, 在上面, 提供更多处理所需的功率和更多内存. 例如, 微控制器有一个 8 位 16KHZ 微处理器, 而单板计算机有 1.2 GHz 32 位 ARM 微处理器.

微控制器开发板和单板机选哪个好?

计划购买微控制器开发板或单板计算机时, 根据您的应用要求考虑设备的主要特性至关重要. 也, 使用以下决定来解决;

  • 如有必要,确定组件设计电路所必需的输出组件和外围传感器的数量和种类.
  • 选择单板或微控制器来控制和协调外围系统的组件.
  • 选择设备内通信使用可能需要的数据通信协议的基本协议. 例如, 在微控制器和连接的传感器之间进行通信, 使用 I2C.
  • 确定与应用程序和云服务通信必不可少的协议和网络硬件.
  • 比较您在进一步推进 IoT 景观设计后预期实现的设计意图.
  • 访问嵌入式软件, 原型, 设备设计并选择最佳应用程序和服务. 可以不时地评估您的原型以及您的功能和非功能需求, 比如安全, 表现, 和可靠性. 然后重新审视你认为有必要的选择.

部署物联网项目的物联网硬件要求

物联网设备仅在某些设定的环境中运行, 并且他们的硬件项目差异很大; 因此, 他们是高度专业化的. 不过, 通过使用通用现成硬件进行原型设计,可以开发和设计定制 PCB 及其组件,以满足物联网解决方案的要求. 部署 IoT 项目时, 必须考虑以下物联网硬件要求:

安全要求

安全是物联网的重要组成部分. 在所有开发和设计阶段都必须考虑设备的安全要求. 即使在原型制作时, 确保任何设备捕获的数据的安全性和完整性保持不变. 所有物联网设备, 他们的网络, 网站服务应用, 和手机应用安全要求.

易于开发

易于开发是原型设计时的高优先级要求. 它使用户能够在捕获数据并与其他设备和云互连时快速有效地启动和运行物联网设备. 部署 IoT 项目时, 牢记 API 文档的质量, 可达性, 和可用性. 也, 考虑开发工具, 设备制造商或开发团队提供的支持.

数据采集, 加工, 和存储要求

连接到捕获数据的分辨率和采样率的传感器数量是要处理的数据量的主要决定因素. 它们还会影响存储和处理数据的要求.

连接要求

无线网络具有连接要求,例如工作范围, 发射信号覆盖的距离, 以及预测数据和传输量. 检查设备的连接要求时, 考虑容错性至关重要, 设备的重连能力, 以及设备在断开连接后重试发送数据需要多长时间.

电源要求

功率要求主要受网络传输速率和设备中传感器数量的影响. 因此, 部署 IoT 项目时, 必须考虑设备是否需要超级电容器或电池等移动电源或硬接线供电. 也, 知道电池的大小, 容量要求, 重量, 如果电池已充电, 取代, 或死后丢弃. 如果电池是可充电的, 检查通过什么方式以及多久收费?

物理设备设计要求

它们包括硬件设备的大小和物理外观. 设计物联网设备时, 必须考虑安装设备的生态环境. 例如, 考虑设备是否需要坚固耐用或防水的? 作为车队监控应用程序的一部分安装在卡车底部的所有设备都应始终受到保护,以确保其运行良好, 即使在恶劣的条件下. 该设备必须防水且防震, 污垢, 和振动.

成本要求

原始硬件的支出和传感器等相关组件是硬件价格的主要决定因素. 决定硬件成本的其他组件包括持续运营成本,如维护和电力成本. 也, 必须考虑某些设备驱动器和组件的合理许可费用. 组装定制板比购买可商用的现成开发板更昂贵. 当在物联网网络中使用大量仪器进行横向扩展时,将硬件设备奉献是一个更明智的选择.

处理器

一旦传感器数据捕获数据,数据就会被处理,然后再将结果传送到云. 从而, 创建后续传感器数据所需的数据处理量和传感器的复杂程度决定了处理级别. 例如, 温度读数是设定值的平均值或随时间变化的单个数据值的简单说明. 此外, 如果没有场景检测算法标记事件,则无法录制数字视频的安全摄像头可能会更加复杂.

基于处理数据所需的复杂性和能力, 需要四个 IoT 硬件处理类. 他们是;

基于 PC 的系统

基于 PC 的系统是可配置的平台,允许系统集成商轻松创建定制系统。, 典型处理器, 现成的主板, 案例, 和电源. 广泛的本地数据存储功能主要由固态驱动器提供 (固态硬盘) 或 TB 级硬盘.

移动系统

移动系统包含嵌入式系统,这些系统具有针对智能手机和平板电脑优化的专门子集. 所有移动系统都需要频繁充电,因为这些设备是由电池供电的. 这些本质上属于个人的设备具有先进的电源管理系统功能,可节省能源并延长设备的电池寿命. 也, 移动系统提供高性能的处理能力.

微处理器 (主控单元) 基于嵌入式系统

它们提供了全面的选项,提升了能力和性能范围,以满足特定产品的要求. 要求主要针对通信系统, 消费类电子产品, 汽车和工业控制, 医疗设备, 和其他垂直市场应用.

微控制器 (单片机) 基于嵌入式系统

这些系统需要最少的处理必要性, 他们提供低成本的解决方案. 不过, 微控制器是先进的植入物专用硬件模块,可加速图像处理和安全角色,例如用于交换公钥/私钥的加密加速和真随机数生成 (白色的).

物联网硬件架构

微控制器单元可用于构建物联网设备硬件架构. 系统的芯片资源, 接口, 和功率决定微控制器单元的选择. 必须收集一些特征来解决物联网硬件设计. 这些功能有助于最终确定完美的物联网硬件原型和强制性物联网硬件套件的价格. 他们包括;

  • 执行器或传感器的类型
  • 通讯接口类型
  • 捕获和传输的数据量
  • 数据传输频率

物联网软件架构

开源组件是物联网软件架构的基础. 上图描绘了物联网架构在大多数系统中的普遍使用情况. Linux 不需要解决目标物联网硬件和软件开发; 因此它被更广泛地使用.

物联网软件架构

目前, 大多数公司旨在提供可在无数物联网详细应用程序中使用的物联网框架. CoAP协议主要用于物联网应用. 该协议还提供了与物联网设备链接的标准机制.

常见的物联网硬件平台

物联网应用的基本组件是物联网硬件平台. 这些设备可以快速帮助您构建 DIY 原型或项目. 物联网开发中使用的一些最常见的硬件平台是;

  1. 树莓派——树莓派作为一个小, 技术狂热者中的廉价计算板, 实验者, 和教育工作者.
  2. 阿杜诺 (真的) – 它是一个基于易于使用的软件和硬件的开源原型设计平台.
  3. ESP8266 – 它加入了一个 160 MHz 微控制器,具有访问和客户端点完整的 TCP/IP 堆栈和带有 DNS 的 Wi-Fi 前端.
  4. Intel Edison – 这个小型开发平台具有 32 bytes 带有 Intel Atom CPU 的 Intel Quark 微控制器.
  5. Intel Galileo – 这种基于 Intel 的架构 AWS IoT 硬件平台是一个软件包和计算机硬件引脚,与用于 Uno R3 的 Arduino 屏蔽兼容.
  6. BeagleBone – 这种开放式硬件易于组装,因为它是一款小型开放式软件计算机,可插入家中的各种物品.
  7. Banana Pi – 它是一款旨在实现小型化的单板计算机, 便宜的, 并且足够灵活,适合日常使用.
  8. NodeMCU 开发工具包——在一块板上集成了 PWM, ADC, 1-金属丝, 通用输入输出, 和 IIC 因为它基于 ESP8266 Wi-Fi 芯片.
  9. Flutter – Flutter 具有高速 ARM 处理器, 板载物联网硬件安全芯片, 内置充电电池, 和可靠的远程无线通信.

开源在物联网硬件中无处不在

大多数物联网开发人员都熟悉开源的使用,其中超过 91% 其中应用开源软件, 开放数据, 或在其开发堆栈的多个片段中打开硬件, 让它更有说服力. 然而, 少于 2 在......之外 10 物联网开发者大多依赖专利技术, 他们不太可能采用开源选项. 物联网开源硬件的使用在大多数物联网硬件公司中占主导地位. 无论开发者的动机如何,这种高使用率始终保持, 是否为了学习, 乐趣, 或金钱.

开源在物联网中无处不在

开源是新的标准化

使用标准解决方案与使用开放标准所提供的生产力增益相同. 此外, 公共标准在开源中的应用有助于解决互操作性挑战, 这是新兴物联网中的一个关键问题. 始终考虑熟悉您使用的开源技术的新人员的缩减培训费用至关重要. 这就是谷歌在转包其 MapReduce 技术时所做的. 主要是, 开源解决方案用于 Azure IoT 硬件空间.

开源吸引开发者

开源在开发人员中有着巨大的热情,因为他们对开源提供的主张价值和标准更加微妙. 多于 78% 的物联网开发人员更喜欢在至少一个开发领域使用开源技术,而不是在优于专有技术的替代方案中使用. 当一家公司运营并认可开源项目时, 它们在三个重要方面向开发人员表明了一流的技术.

  1. 符合开发者的精神和道德
  2. 突出您的解决方案价值和开发人员的支持
  3. 使技术处于领先地位
作者——
Fiona Kuan
Fiona Kuan
菲欧娜, MOKOSMART 的技术作家和编辑, 以前花费 10 在物联网公司担任产品工程师多年. 自从加入我们公司, 她与销售人员密切合作, 产品经理和工程师, 深入了解客户需求. 融合深厚的行业经验并了解客户最想要的, Fiona 撰写了涵盖物联网基础知识的引人入胜的内容, 深入的技术材料和市场分析 - 与物联网领域的受众建立联系.
Fiona Kuan
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菲欧娜, MOKOSMART 的技术作家和编辑, 以前花费 10 在物联网公司担任产品工程师多年. 自从加入我们公司, 她与销售人员密切合作, 产品经理和工程师, 深入了解客户需求. 融合深厚的行业经验并了解客户最想要的, Fiona 撰写了涵盖物联网基础知识的引人入胜的内容, 深入的技术材料和市场分析 - 与物联网领域的受众建立联系.
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