IIoT-Edge-Entwicklung – Prototyping von Geräten

Anmerkung der Redaktion:Das Industrial Internet of Things (IIoT) verspricht tiefe Einblicke in industrielle Abläufe und verbessert die Effizienz vernetzter Maschinen und Systeme. Groß angelegte IIoT-Anwendungen verlassen sich auf mehrschichtige Architekturen, um Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu sammeln, Daten zuverlässig und sicher in die Cloud zu verschieben und Analysen durchzuführen, die für die Bereitstellung dieser Erkenntnisse und Effizienz erforderlich sind. In Industrial Internet Application Development bieten die Autoren eine detaillierte Untersuchung der IIoT-Architektur und diskutieren Ansätze zur Erfüllung der breiten Anforderungen, die mit diesen Systemen verbunden sind.

Dieser Auszug aus Kapitel 3 des Buches beschreibt, wie Entwickler Prototypen von Geräten bauen können, die Daten sammeln und an Anwendungen auf höherer Ebene übermitteln können. Dieser Auszug wird in den folgenden Teilen präsentiert:

• Prototyping-Geräte

• HTTP-Konnektivität implementieren

• Verwenden von WebSockets

• Modbus verwenden

• Verwendung von OPC UA-Protokollen

Angepasst an die Entwicklung von industriellen Internetanwendungen, von Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

Kapitel 3. IIoT Edge-Entwicklung
Von Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Dieses Kapitel beschreibt den Prozess des Prototyping eines Geräts für Anfänger. Wir bieten detaillierte Anweisungen zum Zusammenbauen von vier verschiedenen Prototypen und zum Erstellen und Ausführen einfacher IoT-Apps für die Prototypen zusammen mit Beispielquellcode. Schließlich untersuchen wir die Predix-Dienste, mit denen die Sensordaten aus den Prototypen gespeichert, analysiert und zusammengeführt werden können.

In diesem Kapitel lernen Sie folgende Themen kennen:

• Hardware für das Prototyping auswählen

• Das Open Systems Interconnection-Modell und seine Schichten

• Protokolle auf Anwendungsebene – HTTP und WebSocket

• Industrielle M2M-Protokolle – Modbus und OPC UA

• Zusammenbau eines Geräts für einen Prototyp

• Vorbereiten einer SD-Karte für einen Prototyp

• Erstellen und Ausführen einfacher IoT-Apps mit den Protokollen HTTP, WebSocket, Modbus und OPC UA

• Datenverwaltungsdienste in Predix

Hardware für Prototypen

Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über die verfügbare Hardwarevielfalt, die für das Prototyping verwendet werden kann, und gibt einige Tipps zur Auswahl der Hardware und eines Datenaustauschprotokolls, um die Kommunikation zwischen den Komponenten eines Prototyps sicherzustellen.

Vielfalt und Kosten

Man kann eine Vielzahl von Open-Source-Hardware für das Prototyping finden – Arduino , Himbeer-Pi , Orange Pi , LinkIt , BeagleBone , und Tessel . Die meisten von ihnen sind wirklich billig; Sie können einen Orange Pi für nur 33 US-Dollar kaufen. Der Preis hängt normalerweise davon ab, wie leistungsfähig das Board ist und welche Schnittstellen es unterstützt.

Zusätzlich zu einem Board ist es möglich, ein Starter-Kit zu kaufen, das normalerweise etwa 70 US-Dollar kostet. Es enthält ein paar Sensoren, ein kleines Display, Lampen, Kabel und ein Steckbrett, um alles ohne Löten zu verbinden. Der Preis für einen einzelnen Sensor beginnt bei $1.

Änderungen

Die beliebtesten Boards sind Arduino und Raspberry Pi. Jeder von ihnen hat unterschiedliche Modifikationen. Wenn zusätzliche Funktionen wie Wi-Fi, Bluetooth, USB, HDMI oder leistungsstärkere Hardware erforderlich sind, empfiehlt es sich, die Modifikationen zu vergleichen, um ein Board zu finden, das genau Ihren Anforderungen entspricht.

Optionen vergleichen

Alle Bretter sind recht klein – etwa 8 cm breit, 5 cm hoch und 2 cm dick (ohne Karton). Leistungsstärkere Hardware wird größere Abmessungen haben (z. B. ist Intel NUC 35 x 25 x 4 cm groß).

Der wichtigste Parameter sind die Konnektivitätsoptionen, da nicht alle Boards Wi-Fi oder Bluetooth unterstützen. GSM, GPS, eine Kamera, ein FM-Modul und andere für Mobiltelefone übliche Funktionen sind normalerweise auch nicht verfügbar und müssen separat erworben werden.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Anzahl der Anschlüsse für Sensoren. Man muss verstehen, welche Sensoren benötigt werden und ob sie mit einem ausgewählten Board kompatibel sind. Die Anzahl der Pins kann erweitert werden, indem spezielle Zusatzplatinen an die vorhandenen angeschlossen werden.

Unterstützte Sensoren

Einige Anschlüsse auf einer Platine unterstützen möglicherweise nur analoge Sensoren, während andere nur digitale sind.

Digitale Sensoren geben ein diskretes Signal aus, was bedeutet, dass es nur eine begrenzte Anzahl möglicher Werte für dieses Signal gibt. Der Temperatursensor DHT11 gibt beispielsweise eine ganze Zahl im Bereich zwischen 0 und 50 aus.

Andererseits geben analoge Sensoren ein kontinuierliches Signal aus, dh es gibt unendlich viele mögliche Werte für dieses Signal. Der Temperatursensor TMP36 kann beispielsweise Temperaturen von -50 °C bis 125 °C einschließlich Gleitkommawerten wie 11,9 °C messen.

Die Umwandlung eines Signaltyps in einen anderen ist zwar möglich, erfordert jedoch zusätzliche Komponenten und verkompliziert das Design.