Интернет вещей
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.
• Bluetooth: Имеет смысл использовать при малой мощности для сетей с короткими расстояниями.
• 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.
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
Критическое значение для современных узлов ИВ представляет требование по безопасности. Большинство современных
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.
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.
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.
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.

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.

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.

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.

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.

Silicon Labs
32-bit EZR32 микроконтроллеры с системой радио на кристалле
Маломощные микроконтроллеры со смешанным сигналом Cortex-M3 или -M

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.
Другие рекомендуемые компоненты
Power Storage & Management | |
Infineon HITFET Smart Low-Side Switches | Подробнее |
Murata LXDC Series Micro DC-DC Converters | Подробнее |
Texas Instruments TLV733 300mA Low-Dropout Regulators (LDOs) | Подробнее |
STMicroelectronics EFL700A39 Rechargeable Solid State Lithium Battery | Подробнее |
Semiconductors | |
Analog Devices AD7988-x 16-Bit Ultra-Low Power ADCs | Подробнее |
Analog Devices ADDI7013 CCD Signal Processor | Подробнее |
Analog Devices ADuCRF101 Precision Analog Microcontroller with RF Transceiver, ARM Cortex-M3 | Подробнее |
Maxim DS28E80 1-Wire Memory Chip | Подробнее |
Microchip dsPIC33EV 16-Bit Digital Signal Controllers (DSCs) | Подробнее |
Freescale FXAS21002 3-Axis Digital Rate Gyroscope | Подробнее |
Texas Instruments MSP430i204x/3x/2x Mixed-Signal Microcontrollers | Подробнее |
Texas Instruments MSP430BT5190 Bluetooth Microcontrollers | Подробнее |
Connectors | |
Molex microSD/micro-SIM Combo Connector | Подробнее |
TE Connectivity ARISO Contactless Connectors | Подробнее |
Amphenol Micro Miniature Coaxial Connectors and Jumper Cables | Подробнее |
Wireless | |
Laird Wireless BT900 Bluetooth Modules | Подробнее |
Cypress CY5670 CySmart Bluetooth USB Dongle | Подробнее |
Intel DK300 Series Gateway Solution for the Internet of Things | Подробнее |
Microchip RN4020 Bluetooth Low Energy Modules | Подробнее |
TriQuint TQL1600 WLAN Front-End Module | Подробнее |
Murata Type ZY Bluetooth SMART Module | Подробнее |
Sensors | |
Omron B5T HVC Face Detection Sensor Module | Подробнее |
Bosch BME280 Humidity and Pressure Sensor | Подробнее |
STMicroelectronics LSM9DS1 iNEMO Inertial Module | Подробнее |
Maxim MAX30100 Pulse Oximeter & Heart-Rate Sensor ICs | Подробнее |
Silicon Labs Si70xx Relative Humidity & Temperature Sensors | Подробнее |
Infineon TLE500x/TLE501x Magnetic Angle Sensors | Подробнее |
Freescale FXTH8715 Tire Pressure Monitoring Sensors | Подробнее |
Analog Devices ADXRS646-EP Yaw Rate Gyroscope | Подробнее |
Passives | |
EPCOS / TDK B78416 Transformer for Ultrasonic Sensors | Подробнее |
Murata DSS Lead Type EMI Filter | Подробнее |
AVX AVX CT Series Crystal Units | Подробнее |
KEMET Electronics KEMET PEH Series Electrolytics Capacitors | Подробнее |
Vishay TMCM Solid Tantalum Chip Capacitors | Подробнее |
Bourns CST0612 Current Sense Resistors | Подробнее |
Bourns CRS Series Resistors | Подробнее |
Development Kits | |
STMicroelectronics EFL700PMB EnFilm Power Management Board | Подробнее |
Microchip PIC32 Bluetooth Starter Kit | Подробнее |
Silicon Labs SLWSTK62xxx EZ Wireless Starter Kits | Подробнее |
Broadcom BCM943341WCD1EVB WiFi/Bluetooth/NFC/FM Evaluation Board | Подробнее |
Digi XBee ZigBee Cloud Kit | Подробнее |
Cypress - S6SAE101A Solar-Powered IoT Device Kit | Подробнее |