IIoT edge-ontwikkeling – Prototyping-apparaten

Noot van de redactie:het Industrial Internet of Things (IIoT) belooft diepgaand inzicht te geven in industriële operaties en de efficiëntie van verbonden machines en systemen te verbeteren. Grootschalige IIoT-applicaties vertrouwen op gelaagde architecturen om gegevens van een breed scala aan sensoren te verzamelen, gegevens betrouwbaar en veilig naar de cloud te verplaatsen en analyses uit te voeren die nodig zijn om dat inzicht en die efficiëntie te leveren. In Industrial Internet Application Development geven de auteurs een gedetailleerd onderzoek van de IIoT-architectuur en bespreken ze benaderingen om te voldoen aan de brede vereisten die aan deze systemen zijn verbonden.

Dit uittreksel uit hoofdstuk 3 van het boek beschrijft hoe ontwikkelaars prototype-apparaten kunnen bouwen die gegevens kunnen verzamelen en doorgeven aan toepassingen op een hoger niveau. Dit fragment wordt gepresenteerd in de volgende delen:

• Prototyping-apparaten

• HTTP-connectiviteit implementeren

• WebSockets gebruiken

• Modbus gebruiken

• OPC UA-protocollen gebruiken

Aangepast van Industrial Internet Application Development, door Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

Hoofdstuk 3. IIoT Edge-ontwikkeling
Door Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Dit hoofdstuk beschrijft het proces van het prototypen van een apparaat voor beginners. We bieden gedetailleerde instructies voor het samenstellen van vier verschillende prototypes en het bouwen en uitvoeren van eenvoudige IoT-apps voor de prototypes, samen met voorbeeldbroncode. Ten slotte verkennen we de Predix-services die kunnen worden gebruikt om de sensorgegevens van de prototypes op te slaan, te analyseren en samen te voegen.

In dit hoofdstuk leert u over de volgende onderwerpen:

• Hardware kiezen voor prototyping

• Het Open Systems Interconnection-model en zijn lagen

• Applicatielaagprotocollen—HTTP en WebSocket

• Industriële M2M-protocollen:Modbus en OPC UA

• Een apparaat in elkaar zetten voor een prototype

• Een SD-kaart voorbereiden voor een prototype

• Eenvoudige IoT-apps bouwen en uitvoeren met behulp van de HTTP-, WebSocket-, Modbus- en OPC UA-protocollen

• Gegevensbeheerservices in Predix

Hardware voor prototypes

Dit gedeelte geeft een overzicht van de beschikbare hardware die kan worden gebruikt voor het maken van prototypen en geeft enkele tips voor het kiezen van de hardware en een protocol voor gegevensuitwisseling om de communicatie tussen de componenten van een prototype te garanderen.

Verscheidenheid en kosten

Men kan een verscheidenheid aan open source hardware vinden voor prototyping—Arduino , Raspberry Pi , Oranje Pi , LinkIt , BeagleBone , en Tessel . De meeste zijn echt goedkoop; je kunt een Orange Pi kopen voor slechts $ 33. De prijs hangt meestal af van hoe krachtig het bord is en welke interfaces het ondersteunt.

Naast een board is het mogelijk om een ​​starterskit aan te schaffen die meestal rond de $70 kost. Het bevat een paar sensoren, een klein display, lampen, kabels en een breadboard om alles aan te sluiten zonder te solderen. De prijs van een enkele sensor begint vanaf $1.

Aanpassingen

De meest populaire borden zijn Arduino en Raspberry Pi. Elk van hen heeft verschillende aanpassingen. Als er extra functies nodig zijn, zoals Wi-Fi, Bluetooth, USB, HDMI of krachtigere hardware, is het raadzaam om de aanpassingen te vergelijken om een ​​bord te vinden dat precies aan je behoeften voldoet.

Opties vergelijken

Alle planken zijn vrij klein - ongeveer 8 cm breed, 5 cm hoog en 2 cm dik (zonder doos). Krachtigere hardware zal grotere afmetingen hebben (de Intel NUC is bijvoorbeeld 35 x 25 x 4 cm).

De belangrijkste parameter zijn de connectiviteitsopties, aangezien niet alle boards Wi-Fi of Bluetooth ondersteunen. GSM, GPS, een camera, een FM-module en andere functies die gebruikelijk zijn voor mobiele telefoons zijn meestal ook niet beschikbaar, en je moet ze apart kopen.

Een andere belangrijke parameter is het aantal connectoren voor sensoren. Men moet begrijpen welke sensoren nodig zijn en of ze compatibel zijn met een gekozen bord. Het aantal pinnen kan worden uitgebreid door speciale extra boards aan de bestaande te koppelen.

Ondersteunde sensoren

Sommige connectoren op een kaart ondersteunen mogelijk alleen analoge sensoren, terwijl andere alleen digitaal zijn.

Digitale sensoren geven een discreet signaal af, wat betekent dat er een beperkt aantal mogelijke waarden voor dat signaal is. De temperatuursensor DHT11 voert bijvoorbeeld een geheel getal uit in een bereik tussen 0 en 50.

Aan de andere kant geven analoge sensoren een continu signaal af, wat betekent dat er een oneindig aantal mogelijke waarden voor dat signaal is. De temperatuursensor TMP36 kan bijvoorbeeld temperatuur meten van -50°C tot 125 °C, inclusief drijvende-kommawaarden zoals 11,9 °C.

Hoewel het omzetten van het ene type signaal naar het andere mogelijk is, zijn er extra componenten voor nodig en wordt het ontwerp ingewikkelder.