Интернет вещей

Интернет вещей

FEATURED ARTICLES
All Aboard! Industrial IoT Powers Today's Locomotives
Подробнее » »
How to Secure the IoT? Lots and Lots of Math…
Подробнее » »
Creating Quick Connections with IoT Development Kits
Подробнее » »
World Wide What? An Honest Look at the State of the Internet of Things
Подробнее » »
Internet of Things System Design with Integrated Wireless MCUs
Подробнее » »
The Connected Car Addresses Congestion and Safety Challenges
Подробнее » »
What the Internet of Things (IoT) Needs to Become a Reality
Подробнее » »
Plug-in, Turn-on: Wearable Development will Gain an Edge in 2015
Подробнее » »
Specialized Devices Promise Greater Clarity in Evolving IoT Vision
Подробнее » »
2014 Trends Lay Groundwork for IoT
Подробнее » »
Home Automation: Internet of Useful Things?
Подробнее » »
Silicon, Security, and the Internet of Things
Подробнее » »
The Role of Sensor Fusion in the Internet of Things
Подробнее » »
Wearable Devices and the Internet of Things
Подробнее » »
The Internet of Things Hits Its Stride
Подробнее » »
The Internet of Things: Five Myths and Realities
Подробнее » »

Обзор

Связь

Сбор данных

Процессоры и питание

Память

Интернет вещей (ИВ или IoT) описывает взаимосвязанные встраиваемые системы. Это понятие объединяет две развивающиеся технологии: беспроводную связь и интеллектуальные датчики. В сочетании с последними достижениями в области микроконтроллеров малой мощности эти новые «вещи» в настоящее время подключаются к Интернету легко и с малыми затратами, положив начало второй промышленной революции.

Такие связанные встроенные системы представляют собой компьютеры на базе микроконтроллеров, которые не требуют интерфейса с человеком. Вместо взаимодействия с человеком эти системы используют датчики или иные продвинутые детекторные механизмы. Эти системы датчиков собирают данные, которые представляют ценность, и являются в свою очередь частью более крупной системы.

Затем эти данные объединяются в сеть, как часть еще более крупной системы. Хотя термин «Интернет вещей» подразумевает, что эти датчики объединены в сеть с помощью всемирной сети Интернет с помощью Wi-Fi или Ethernet, сетевое соединение также может быть выполнено с помощью не использующих IP-адреса протоколов, таких как ZigBee или Bluetooth. Сетевой протокол выбирается исходя из знания распределения в пространстве узлов и объема данных, которые должны собираться.

Собираемые данные передаются по сети к главному концентратору или компьютеру. Этот главный компьютер собирает и анализирует данные, хранит их в памяти и даже реализует алгоритмы принятия решений, основанные на результатах анализа.

Наиболее важным критерием, используемым при выборе типа подключения для узла ИВ, является то, что ценность собираемых данных должна оправдывать уровень потребляемого тока, причем часто самый высокий ток в узле ИВ потребляет радиоканал. Иными словами, нет необходимости использовать беспроводное соединение 43Mbps, если система должна передавать только 32 байта данных от датчиков каждые две минуты.

Для сетевых распределенных встраиваемых систем допускается использование различных протоколов:

• Wi-Fi: Потребляет наибольшую мощность. Используется при высокой скорости и больших объемах передачи данных. Рекомендуется для потоковых приложений, таких как камеры безопасности, а также систем, где Wi-Fi уже используется и поэтому обеспечена легкость подключения.

»Компоненты для WiFi

• Bluetooth: Имеет смысл использовать при малой мощности для сетей с короткими расстояниями.

»Компоненты для Bluetooth

• стандарт 802.15.4: Используется для низкой скорости передачи данных в сетях с батарейным питанием, распределенных по обширной территории. Поддерживается в

сетях со структурой «звезда», а также одноуровневых сетях, где каждый узел может выступать в качестве ретранслятора, тем самым расширяя диапазон системы.

»Компоненты для стандарта 802.15.4

• Пользовательские протоколы: Многие сетевые системы, которые требуют повышенного уровня безопасности, используют пользовательские беспроводные протоколы. Системы, использующие пользовательские протоколы, включают в себя системы для «умных» городов и военных операций.

»Компоненты для пользовательских протоколов беспроводного подключения

• Шлюзы: В контексте ИВ шлюз объединяет сеть устройств без подключения к Интернету в Интернет. Шлюз ИВ может иметь ряд стандартных интерфейсов, таких как I2C, SPI и параллельных шин. Шлюз ИВ специально запрограммирован для обмена данными со специфическими устройствами, подключенными к этим интерфейсам, которые затем могут быть переданы по TCP/IP через Интернет.

Данные собираются в узле ИВ от различных датчиков. Тип и точность датчика зависят от значений собираемых данных и объема данных, подлежащих обработке.

Во многих системах ИВ имеются датчики отслеживания состояния окружающей среды для измерения показателей движения, положения, ускорения, давления, температуры, влажности и т.п. Оптические датчики могут обнаруживать наличие света в различных диапазонах длины волны, в том числе, инфракрасной области спектра. Датчики видео, включая ПЗС и КМОП-датчики света, используются там, где требуется видеонаблюдение, например, в автоматизированных системах управления дорожным движением. Некоторые системы могут обеспечивать сигнал, который подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) или на аналоговый вход.

Умные датчики обладают функцией обработки данных. Такие датчики могут применяться везде, начиная с экологических датчиков с функциями базовой обработки данных до датчиков микроэлектромеханических систем высокой точности с гироскопом и акселерометром со встроенной цифровой обработкой для гибридных вычислений.

»Компоненты умных датчиков

»RFID / NFC Компоненты

»Оптические датчики

»Видеодатчики

»Компоненты экологических датчиков и датчиков движения

Обычно ИВ подразумевает высокую интеграцию компонентов в системах при низком потреблении энергии. Поскольку ценность собранных данных должна оправдывать необходимую для системы величину тока, выбор микроконтроллера становится важным не только с точки зрения обеспечиваемой вычислительной мощности, но и уровня

интеграции на чипе. Уровень интеграции для микроконтроллеров увеличился, а потребление электроэнергии сократилось, что оказалось очень своевременным для реализации ИВ.

Хотя даже 8-разрядный микроконтроллер может использоваться для простых узлов с небольшим потоком данных и низкой пропускной способностью, большинство приложений ИВ применяют 16 или 32-разрядные микроконтроллеры. 16-битные микроконтроллеры используются для базовых узлов низкой и средней сложности, где данные не является частью системы режима реального времени. Преимущество 16-битной обработки в том, что она может быть лучшим компромиссом при малых мощности вычислений и скорости передачи данных. Тем не менее, наиболее распространенной шиной данных для узлов ИВ является 32-битная в случаях, когда производительность имеет большое значение и требуется высокий уровень интеграции. Некоторые 32-разрядные микроконтроллеры даже имеют сенсорные интерфейсы и интегрированный на кристалле РЧ канал, что идеально подходит для узлов ИВ.

Критическое значение для современных узлов ИВ представляет требование по безопасности. Большинство современных 32-разрядных процессоров имеют средства шифрования, наиболее распространенными из которых являются AES256. Повышенный уровень безопасности помогает процессору выполнять безопасную загрузку, гарантируя, что ядро ​​микропроцессора исполняет именно ту программу, что задана. Шифрование также используется для кодирования данных, передаваемых по сети, гарантируя, что они будут доступны только системам, авторизованным для обработки этих данных.

»Микроконтроллеры для ИВ

Регулятор напряжения, как правило, расположен на плате или встроен в микроконтроллер, обеспечивая регулируемый ток в системе. Более сложные системы с процессорами высокой частоты могут иметь отдельный чип управления питанием, тогда как для систем малой мощности с питанием от батарей могут потребоваться преобразователи DC / DC или чип управления подзаряжаемыми батареями.

»Регуляторы с малым изменением напряжения

»DC / DC преобразователи

»Управление питанием

»Компоненты управления аккумуляторной батареей

Все собранные данные должны быть сохранены где-нибудь. Многие простые узлы ИВ используют память микроконтроллера, но более сложные узлы могут потребовать дополнительной флэш-памяти, установленной на плате, или памяти в виде модулей, вставленных в слоты расширения. Еще более сложные системы могут потребовать значительных ресурсов и иметь дополнительную оперативную память на плате. И, наконец, есть облачные решения, когда данные могут быть загружены, сохранены и даже обработанные в облаке, а затем переданы обратно в систему ИВ.

В то время, как многие узлы ИВ могут использовать флэш-память микроконтроллера, некоторые системы все же требуют дополнительной памяти для исполнения программ

или хранения данных. Эти системы могут использовать флэш-память на печатной плате.

»Компоненты флэш-памяти

Хотя многим узлам ИВ будет достаточно оперативной памяти микроконтроллера для выполнения своих функций, некоторым высокопроизводительным системам может потребоваться дополнительная оперативная память. Для высокопроизводительных узлов оперативная память может быть использована для хранения программ, в нее может загружаться программный код при начальной загрузке, что позволяет системе выполнять программный код из оперативной памяти намного быстрее, чем из флэш-памяти за счет сокращения состояний ожидания процессора.

»Компоненты оперативной памяти

Некоторые узлы ИВ могут потребовать использования съемных модулей памяти для средств безопасности или хранения программ.

»Модули памяти

Большинство систем ИВ будет передавать данные в облачное хранилище только из основной хост-системы. Тем не менее, некоторые узлы ИВ могут напрямую загружать данные в облачное хранилище или даже получить оттуда свой программный код.

»Макетные платы для облачного хранилища

Texas Instruments HDC1000 Цифровой датчик влажности и температуры
Texas Instruments HDC100x
Цифровой датчик влажности и температуры

Высокоточный цифровой датчик влажности и температуры с низким энергопотреблением в компактном корпусе. Сенсорный элемент нечувствителен к грязи, пыли и другим загрязнителям.

Подробнее

Analog Devices ADM7154/5 600mA
Линейный регулятор для РЧ систем с низким уровнем

Возможность программирования 16 значений напряжения. Сверхнизкий уровень шума и высокий коэффициент подавления питания с отражением минимальных вторжений в компактные РЧ системы с батарейным питанием.

Подробнее

Intel
Комбинированный WiFi и Bluetooth радио модуль

Комбинирует 802.11a/b/g/n/ac WiFi радио и дуальную моду Bluetooth 4.0 радио в одном модуле без помех. Поддерживает USB и PCIe интерфейсы.

Подробнее
Texas Instruments HDC1000 Цифровой датчик влажности и температуры
Phoenix Contact
> Гибридное питание через Ethernet (PwE) коннекторы

Гибридная M12 соединительная система, которая совмещает Ethernet кабели и кабели питания. Экономит место и время установки благодаря комбинированию сетевых проводов и питания в одном коннекторе.

Подробнее

Silicon Labs
32-bit EZR32 микроконтроллеры с системой радио на кристалле

Маломощные микроконтроллеры со смешанным сигналом Cortex-M3 или -M4 °F с порогом отключения на низком уровне -20nA, 1GHz радио трансивер и AES256 шифрованием. Маломощный встроенный сенсорный интерфейс поддерживает до 16 датчиков с возможностью индивидуальных настроек.

Подробнее

Vishay
Hybrid Storage 196 HVC ENYCAP™

Суперконденсатор, питающий ИВ сенсорный узел с плотностью модности большей, чем от батарей или от топливных ячеек. Доступны емкости до 90 Фарад.

Подробнее

Другие рекомендуемые компоненты

Power Storage & Management
Infineon HITFET Smart Low-Side SwitchesПодробнее
Murata LXDC Series Micro DC-DC ConvertersПодробнее
Texas Instruments TLV733 300mA Low-Dropout Regulators (LDOs)Подробнее
STMicroelectronics EFL700A39 Rechargeable Solid State Lithium BatteryПодробнее
Semiconductors
Analog Devices AD7988-x 16-Bit Ultra-Low Power ADCsПодробнее
Analog Devices ADDI7013 CCD Signal ProcessorПодробнее
Analog Devices ADuCRF101 Precision Analog Microcontroller with RF Transceiver, ARM Cortex-M3Подробнее
Maxim DS28E80 1-Wire Memory ChipПодробнее
Microchip dsPIC33EV 16-Bit Digital Signal Controllers (DSCs)Подробнее
Freescale FXAS21002 3-Axis Digital Rate GyroscopeПодробнее
Texas Instruments MSP430i204x/3x/2x Mixed-Signal MicrocontrollersПодробнее
Texas Instruments MSP430BT5190 Bluetooth MicrocontrollersПодробнее
Connectors
Molex microSD/micro-SIM Combo ConnectorПодробнее
TE Connectivity ARISO Contactless ConnectorsПодробнее
Amphenol Micro Miniature Coaxial Connectors and Jumper CablesПодробнее
Wireless
Laird Wireless BT900 Bluetooth ModulesПодробнее
Cypress CY5670 CySmart Bluetooth USB DongleПодробнее
Intel DK300 Series Gateway Solution for the Internet of ThingsПодробнее
Microchip RN4020 Bluetooth Low Energy ModulesПодробнее
TriQuint TQL1600 WLAN Front-End ModuleПодробнее
Murata Type ZY Bluetooth SMART ModuleПодробнее
Sensors
Omron B5T HVC Face Detection Sensor ModuleПодробнее
Bosch BME280 Humidity and Pressure SensorПодробнее
STMicroelectronics LSM9DS1 iNEMO Inertial ModuleПодробнее
Maxim MAX30100 Pulse Oximeter & Heart-Rate Sensor ICsПодробнее
Silicon Labs Si70xx Relative Humidity & Temperature SensorsПодробнее
Infineon TLE500x/TLE501x Magnetic Angle SensorsПодробнее
Freescale FXTH8715 Tire Pressure Monitoring SensorsПодробнее
Analog Devices ADXRS646-EP Yaw Rate GyroscopeПодробнее
Passives
EPCOS / TDK B78416 Transformer for Ultrasonic SensorsПодробнее
Murata DSS Lead Type EMI FilterПодробнее
AVX AVX CT Series Crystal UnitsПодробнее
KEMET Electronics KEMET PEH Series Electrolytics CapacitorsПодробнее
Vishay TMCM Solid Tantalum Chip CapacitorsПодробнее
Bourns CST0612 Current Sense ResistorsПодробнее
Bourns CRS Series ResistorsПодробнее
Development Kits
STMicroelectronics EFL700PMB EnFilm Power Management BoardПодробнее
Microchip PIC32 Bluetooth Starter KitПодробнее
Silicon Labs SLWSTK62xxx EZ Wireless Starter KitsПодробнее
Broadcom BCM943341WCD1EVB WiFi/Bluetooth/NFC/FM Evaluation BoardПодробнее
Digi XBee ZigBee Cloud KitПодробнее
Cypress - S6SAE101A Solar-Powered IoT Device KitПодробнее