IIoT 에지 개발 – 기기 프로토타이핑

편집자 주:산업용 사물 인터넷(IIoT)은 산업 운영에 대한 깊은 통찰력을 제공하고 연결된 기계 및 시스템의 효율성을 향상시킬 것을 약속합니다. 대규모 IIoT 애플리케이션은 계층화된 아키텍처에 의존하여 광범위한 센서에서 데이터를 수집하고, 데이터를 안정적이고 안전하게 클라우드로 이동하고, 통찰력과 효율성을 제공하는 데 필요한 분석을 수행합니다. 산업용 인터넷 애플리케이션 개발에서 저자는 IIoT 아키텍처에 대한 자세한 조사를 제공하고 이러한 시스템과 관련된 광범위한 요구사항을 충족하기 위한 접근 방식에 대해 논의합니다.

책의 3장에서 발췌한 이 발췌문에서는 개발자가 데이터를 수집하고 상위 수준 응용 프로그램과 통신할 수 있는 프로토타입 장치를 구축하는 방법을 설명합니다. 이 발췌 내용은 다음과 같은 분할로 제공됩니다.

• 프로토타이핑 장치

• HTTP 연결 구현

• WebSocket 사용

• Modbus 사용

• OPC UA 프로토콜 사용

Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli의 Industrial Internet Application Development에서 각색

3장. IIoT 에지 개발
Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli 작성

이 장에서는 초보자를 위한 장치 프로토타이핑 프로세스를 설명합니다. 샘플 소스 코드와 함께 4개의 서로 다른 프로토타입을 조립하는 방법과 프로토타입을 위한 간단한 IoT 앱을 빌드 및 실행하는 방법에 대한 자세한 지침을 제공합니다. 마지막으로 프로토타입의 센서 데이터를 저장, 분석 및 병합하는 데 사용할 수 있는 Predix 서비스를 살펴봅니다.

이 장에서는 다음 주제에 대해 배웁니다.

• 시제품 제작을 위한 하드웨어 선택

• 개방형 시스템 상호 연결 모델 및 해당 계층

• 애플리케이션 계층 프로토콜 - HTTP 및 WebSocket

• 산업용 M2M 프로토콜 - Modbus 및 OPC UA

• 프로토타입을 위한 기기 조립

• 프로토타입용 SD 카드 준비

• HTTP, WebSocket, Modbus 및 OPC UA 프로토콜을 사용하여 간단한 IoT 앱 빌드 및 실행

• Predix의 데이터 관리 서비스

프로토타입용 하드웨어

이 섹션에서는 프로토타입 제작에 사용할 수 있는 다양한 하드웨어에 대해 간략히 설명하고 프로토타입 구성 요소 간의 통신을 보장하기 위해 하드웨어와 데이터 교환 프로토콜을 선택하는 방법에 대한 몇 가지 팁을 제공합니다.

다양성 및 비용

프로토타이핑을 위한 다양한 오픈 소스 하드웨어(Arduino)를 찾을 수 있습니다. , 라즈베리 파이 , 오렌지 파이 , 링크잇 , 비글본 , 및 테슬 . 그들 대부분은 정말 저렴합니다. Orange Pi는 $33에 구입할 수 있습니다. 가격은 일반적으로 보드의 성능과 보드가 지원하는 인터페이스에 따라 다릅니다.

보드 외에도 일반적으로 약 $70의 비용이 드는 스타터 키트를 구입할 수 있습니다. 여기에는 몇 개의 센서, 작은 디스플레이, 램프, 케이블 및 납땜 없이 모두 연결하기 위한 브레드보드가 포함됩니다. 단일 센서의 가격은 $1부터 시작합니다.

수정

가장 인기있는 보드는 Arduino와 Raspberry Pi입니다. 각각 다른 수정 사항이 있습니다. Wi-Fi, Bluetooth, USB, HDMI 또는 더 강력한 하드웨어와 같은 추가 기능이 필요한 경우 수정 사항을 비교하여 자신의 정확한 요구에 맞는 보드를 찾는 것이 좋습니다.

비교 옵션

모든 보드는 너비가 약 8cm, 높이가 5cm, 두께가 2cm로 매우 작습니다(상자 제외). 더 강력한 하드웨어는 더 큰 치수를 갖습니다(예:Intel NUC는 35 x 25 x 4cm).

모든 보드가 Wi-Fi 또는 Bluetooth를 지원하는 것은 아니므로 가장 중요한 매개변수는 연결 옵션입니다. GSM, GPS, 카메라, FM 모듈 등 휴대전화에서 흔히 볼 수 있는 기능들도 일반적으로 제공되지 않으며 별도로 구매해야 합니다.

또 다른 중요한 매개변수는 센서용 커넥터의 수입니다. 어떤 센서가 필요한지, 선택한 보드와 호환되는지 여부를 이해해야 합니다. 기존 보드에 특수 추가 보드를 연결하여 핀 수를 늘릴 수 있습니다.

지원되는 센서

보드의 일부 커넥터는 아날로그 센서만 지원할 수 있고 다른 커넥터는 디지털만 지원할 수 있습니다.

디지털 센서는 개별 신호를 출력합니다. 즉, 해당 신호에 대해 가능한 값의 집합이 제한되어 있습니다. 예를 들어 온도 센서 DHT11은 0에서 50 사이의 정수를 출력합니다.

반면에 아날로그 센서는 연속 신호를 출력하므로 해당 신호에 대해 가능한 값이 무한합니다. 예를 들어, 온도 센서 TMP36은 11.9°C와 같은 부동 소수점 값을 포함하여 -50°C ~ 125°C의 온도를 측정할 수 있습니다.

신호의 한 유형을 다른 유형으로 변환하는 것은 가능하지만 추가 구성 요소가 필요하고 설계가 복잡합니다.