采用Sitara AM437x處理器PoM創(chuàng)建基于物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)

今天，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)不僅僅是連接設(shè)備和無縫通信。新興的物聯(lián)網(wǎng)對(duì)貨物生產(chǎn)方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，引發(fā)了另一次工業(yè)革命——工業(yè)4.0。

工業(yè)4.0或第四次工業(yè)革命是當(dāng)前制造業(yè)自動(dòng)化和數(shù)據(jù)交換的趨勢(shì)。它基于網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS），網(wǎng)絡(luò)機(jī)器，以及智能和高度靈活的軟件。在工業(yè)環(huán)境的背景下，當(dāng)需要分析長(zhǎng)時(shí)間收集的大量數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)更需要物聯(lián)網(wǎng)。

將次應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境的實(shí)踐中，物聯(lián)網(wǎng)主要涉及數(shù)據(jù)采集、處理和相關(guān)控制系統(tǒng)。設(shè)備或資產(chǎn)連接到云或本地信息技術(shù)（IT）基礎(chǔ)設(shè)施以收集和/或傳輸數(shù)據(jù)。然后處理和分析該數(shù)據(jù)以提供關(guān)于控制系統(tǒng)的見解?？刂葡到y(tǒng)直接作用于實(shí)時(shí)測(cè)量，通常不包括存儲(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)和云基礎(chǔ)設(shè)施提供了保存在較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間內(nèi)收集的所有數(shù)據(jù)的機(jī)制。在云上收集的數(shù)據(jù)可以用于通過統(tǒng)計(jì)分析長(zhǎng)時(shí)間收集的數(shù)據(jù)來管理控制系統(tǒng)。

雖然典型的過程控制器基于處理短期糾正措施的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，但物聯(lián)網(wǎng)和基于云的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期觀察和改進(jìn)。

讓我們以簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)/家庭自動(dòng)化控制器為例進(jìn)行說明。

該系統(tǒng)包括以下組件。

控制器板連接到傳感器和執(zhí)行器

這些可以基于直接（或經(jīng)由工業(yè)總線）連接到傳感器或執(zhí)行器的微處理器（MPU）?；蛘咚鼈円部梢曰谶\(yùn)行RTOS的低端MPU處理更多的功能。雖然基本功能是感測(cè)參數(shù)或從傳感器進(jìn)行測(cè)量，然后控制執(zhí)行器/輸出，但是這些系統(tǒng)可以擴(kuò)展以將期望的參數(shù)推送到云服務(wù)器。

云服務(wù)器

云提供了各種功能，包括具有冗余的分布式存儲(chǔ)，高可用性和集中式設(shè)備管理。云還可以提供分布式計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施以執(zhí)行涉及大數(shù)據(jù)的期望業(yè)務(wù)邏輯或數(shù)據(jù)分析邏輯。

為系統(tǒng)提供用戶界面的客戶端

客戶端是前端，提供用于配置和檢索信息和狀態(tài)的人機(jī)接口?？蛻舳丝梢允窃诓煌脚_(tái)上實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用程序，包括PC、瘦客戶端；平板電腦、智能手機(jī)等

解決方案示例

讓我們看看使用IoT-SDK實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)啟用的家庭/辦公自動(dòng)化控制器的，IoT-SDK提供將工業(yè)總線/協(xié)議接口到云的中間件。

系統(tǒng)使用：

基于Sitara? AM437x 處理器的工業(yè)網(wǎng)關(guān)作為控制器板

基于云的存儲(chǔ)（使用AWS或開源物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器KAA）

Android智能手機(jī)應(yīng)用程序作為客戶端

IoT-SDK為網(wǎng)關(guān)/設(shè)備以及客戶端提供軟件組件。設(shè)備和客戶端中的云服務(wù)器接口都是非常抽象的，能夠從一個(gè)云平臺(tái)無縫遷移到另一個(gè)云平臺(tái)。IoT-SDK支持亞馬遜Web服務(wù)(AWS)云集成或開源云服務(wù)器KAA實(shí)現(xiàn)。

工業(yè)網(wǎng)關(guān)

工業(yè)網(wǎng)關(guān)是將慢速工業(yè)串行總線和物理輸入/輸出與TCP/IP領(lǐng)域相連的器件。它基于運(yùn)行Linux?的AM437x處理器片上系統(tǒng)（SoC）進(jìn)行設(shè)計(jì)，并具有以下傳感器互連選項(xiàng)：

RTD：

支持2線，3線，4線連接，工作溫度范圍為-200°C至+ 850°C

支持鉑（Pt100，Pt200，P500，Pt1000），鎳（Ni100，Ni120，N200），銅，balco，通用PTC和NTC

熱電偶：

支持溫度范圍：-200°C至+1260°C

支持類型J，K，E，T與N

模擬輸入：

支持電壓模式（0至10V）和電流模式（0至20mA；4至20mA）

+模擬輸出：

支持電壓模式（-10至10V）和電流模式（0至20mA；4至20mA）

多繼電器控制：

電壓：230V AC

電流：5A

Modbus RTU

OBD接口

KNX

EtherCAT?

PROFIBUS

IoT-SDK將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為具有以下功能支持物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)網(wǎng)關(guān)：

監(jiān)視通過物理IO、MODBUS RTU、EtherCAT、KNX等直接連接的傳感器的參數(shù)/測(cè)量。

持續(xù)監(jiān)控所需參數(shù)，評(píng)估邏輯條件并驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器以實(shí)現(xiàn)所需的輸出動(dòng)作。

基于編程定時(shí)器的輸出控制。

將參數(shù)（和事件）記錄到遠(yuǎn)程云存儲(chǔ)或本地存儲(chǔ)，以獲得期望的周期和平均持續(xù)時(shí)間。

根據(jù)需要遠(yuǎn)程控制執(zhí)行器，從而使云服務(wù)器（或客戶端）能夠基于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析驅(qū)動(dòng)期望的輸出動(dòng)作。

云基礎(chǔ)設(shè)施

云基礎(chǔ)設(shè)施使用商業(yè)化的亞馬遜Web服務(wù)（AWS）構(gòu)建，或者可以托管在自定義物聯(lián)網(wǎng)開源服務(wù)器（如KAA）上。

AWS或KAA云服務(wù)器應(yīng)配置為管理（啟用/禁用）工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，并支持以下功能：

規(guī)則引擎來管理從物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并采取用戶定義的操作

將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)分析所需的NoSQL長(zhǎng)期存儲(chǔ)中

向移動(dòng)客戶端應(yīng)用程序提供通知

Android客戶端

客戶端應(yīng)用程序?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備及其存儲(chǔ)在云服務(wù)器中的大數(shù)據(jù)提供用戶界面?？蛻舳藨?yīng)用程序是使用完全提供抽象低層API的IoT-SDK開發(fā)的。所有用于與云服務(wù)器連接并與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（網(wǎng)關(guān)）接口的業(yè)務(wù)邏輯都用簡(jiǎn)單的API抽象化。API可用于：

配置監(jiān)控功能。

配置日志功能。

配置事件生成和輸出控制等的閾值。

查詢來自設(shè)備以及云存儲(chǔ)的信息。

接收從云服務(wù)器觸發(fā)的事件的通知。

從存儲(chǔ)在云服務(wù)器中的大數(shù)據(jù)分析和生成有用的報(bào)告。

通過云服務(wù)器控制設(shè)備上的操作。

物聯(lián)網(wǎng)建立在一系列技術(shù)的基礎(chǔ)上，包括新舊硬件平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）計(jì)算，API將所有這些部分組合在一起。

AM437x處理器片上系統(tǒng)增強(qiáng)了豐富的圖形用戶界面的3D圖形加速功能，以及用于確定性、實(shí)時(shí)處理的協(xié)處理器（PRU-ICSS），包括工業(yè)通信協(xié)議，如EtherCAT、PROFIBUS、EnDat等。這與目前可用的功能豐富的物聯(lián)網(wǎng)SDK相結(jié)合，使開發(fā)人員能夠快速構(gòu)建安全的企業(yè)級(jí)智能網(wǎng)關(guān)，滿足諸如智能城市、聯(lián)網(wǎng)汽車、能源監(jiān)控、車隊(duì)管理和健康等工業(yè)和家庭自動(dòng)化應(yīng)用以外的廣泛應(yīng)用。

審核編輯：郭婷