物联网 (iot) 将实现万物互连,有人说它正在形成,也有说它已经出现。无论如何,了解什么是物联网以及它产生的原因都意义重大。物联网牵涉到如何连接东西(非人类)到互联网。这些东西使用或涉及数据,而这些数据是较大系统的一部分并且必须被正确测量。数据经由一个联网的小型嵌入式系统测量,其中一些嵌入式系统外形仅像邮票般大小。
这些带联网功能的嵌入式系统,属于不带人机界面的微控制器设备。这些系统使用传感器或其它检测机制来收集数据,这些数据对于更大型的系统价值巨大。这些数据通过互联网发送到大型计算机上。计算机收集、分析数据,并将之存储在内存中,而且经常根据这些数据的分析结果做出一些实时系统决策。
如同任何嵌入式系统项目,首先第一步是选择合适的开发套件。要选择合适的开发套件,应先了解物联网项目的需求。一般情况下,存在以下三种类型的物联网开发项目:
云连接。此类项目可以是遍布全球的巨型系统网络,所有设备都连接到云基础设施。这种云基础设施可以包括一个或多个服务器,来运行分析并处理所收集数据的服务器应用程序。
本地联网。一些小型嵌入式系统是更大系统的远程传感器,往往位于企业内部网。
网关。此类项目是将传统应用连接到互联网的系统。
云连接开发套件
此类应用可以展示iot与传统嵌入式系统最显著的差异。“云”是被配置为提供存储和服务功能的web服务器。物联网节点连接到云服务器,以发送甚至接收数据和指令。云服务器上运行一个或多个软件应用程序,可以做很多事情,包括收集和存储信息以备随后复查,做近乎实时的决策以及发送指令到联网的iot节点。
从零开始创建云连接物联网项目可能会很耗时间。开发人员需要建立云服务器的硬件和软件环境,同时为物联网节点和云服务器编写驱动程序和应用程序代码,然后调试两系统间的连接,最后再创建终端应用。为简化该过程,云开发工具提供现成的连接生态系统,包括已测试的应用代码,可以在不到一天的时间内建好工作原型。
英特尔目前有两种开发板,可以支持云开发并作为终端使用设备。第一种是英特尔® edison,主板很小,只有邮票大小。英特尔edison(图1)采用22nm的英特尔凌动® soc,内置一个频率为500mhz的双核、双线程cpu,以及一个100mhz的32位微控制器quark。板载存储器包括4gb闪存和1gb的ram,同时支持wifi和蓝牙4.0连接。edition通过英特尔iot分析云服务器来提供wifi器件到云的连接。这种云服务允许采集和分析物联网数据,而无需创建定制云服务器。总之,英特尔为开发人员提供云服务器,这本身就是一个云开发工具。英特尔还研制了arduino™开发环境,可以连接到edison以使用编程和调试功能。
英特尔galileo 2代是一个更大、更复杂的arduino认证板。galileo 2由一个400mhz的32位英特尔quark™ x1000片上系统 (soc) 驱动。互联网连接由10/100以太网提供,另外还支持其它一系列通用嵌入式连接选项,比如spi和uart。开发人员也可将galileo 2连接到英特尔物联网分析云服务器,执行比edison更复杂的任务。
英特尔edison和英特尔galileo 2开发套件展示了基本的云开发环境。开发人员可以给这些板编程以从环境中收集数据,然后将这些数据通过互联网发送并和云服务器进行互动。
更进一步,microchip有一个简便的云开发平台,提供与亚马逊弹性计算云 (ec2) 的连接。不仅microchip的开发平台可以将数据发送到亚马逊的ec2, ec2甚至也可以发送数据来控制microchip的开发平台。这也为开发环境增加了另一层复杂度,可以演示无需人工干预前提下的云服务器如何控制物联网节点。
本地联网的物联网开发套件
本地联网的物联网节点可能不支持wifi或以太网等tcp/ ip连接协议。这种系统可能使用非互联网协议 (ip) 网络,比如zigbee®或蓝牙,就像texas instruments (ti) cc2650stk simplelink蓝牙智能sensortag物联网套件。该套件包含10个环境传感器,可以检测温度、加速度、环境亮度等等。ti sensortag物联网套件使用蓝牙连接到android或ios移动应用。这些移动应用可以监控并显示传感器读数,以图表方式提供基本数据分析,甚至打开或者关闭sensortag传感器。
silicon labs sensor puck提供了类似功能。sensor puck测量环境光、紫外线指数、环境温度和湿度,所有这些数据都可以通过低功耗蓝牙 (ble) 发送到安装了sensor puck 的ios 或android应用的移动设备上。sensor puck支持ble广播模式,允许单个移动设备从多个puck收集数据并显示。有经验的移动开发人员可以编写代码来分析这些数据,并得出有意义的结论。
物联网网关开发套件
物联网网关从不支持互联网连接的设备中获取数据,然后将这些数据通过wifi或以太网发送到别的地方。zigbee是一种流行的无线网状网络标准,它不支持tcp / ip协议,因此不能分配ip地址。digi xbee zigbee云套件提供zigbee到以太网和wifi的网关转换。这节省了将zigbee数据转换成tcp / ip数据包所需要的时间和代码开发成本。一旦连接到互联网,xbee云套件就会连接digi赞助的设备云帐号。然后,开发人员可借助任何浏览器访问在线云控制面板并与xbee云套件进行交互。
对于复杂的高端网关应用开发,英特尔提供了dk300系列网关解决方案。dk300套件支持通过2g/3g/4g蜂窝、10/100/1000以太网和wifi网络连接进行网关开发。开发数据可以被收集并通过蓝牙、usb、串行端口、zigbee等发送到互联网。
结论
对大多数开发人员而言,从零开始创建可联网的物联网系统需要掌握许多不同的技术,包括有线和无线联网、嵌入式代码开发和设备驱动程序开发。虽然许多有经验的开发人员可能已经熟悉了这些技术,但更多技能,如编写移动设备应用程序和云代码开发是相对较新的技能。新的物联网开发套件提供了硬件、软件、固件和集成工具,可以缩短产品上市时间,同时也能培养开发人员对这些新技术的掌握程度。
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