Koje su prednosti interneta stvari?
IoT uređaji općenito su mali uređaji s relativno jednostavnom funkcionalnošću i optimiziranom komunikacijom. Time se smanjuje potrošnja energije koja se može pokriti ugrađenim izvorom energije (baterijom) razumne veličine. Ako postoji dovoljna pokrivenost IoT radio mrežom, uređaji za internet stvari mogu uspješno odraditi svoju očekivanu ulogu senzora koji se mogu jednostavno instalirati i raditi bez održavanja godinama. To su prednosti.
Što je s ograničenjima interneta stvari?
Uzmimo za primjer globalnu Sigfoxovu infrastrukturu. Optimizirana komunikacija, koja je gore navedena kao prednost, nameće svojim dizajnom nekoliko prividnih ograničenja. Ne više od 140 poruka s uređaja dnevno, svaka poruka može nositi najviše 12 bajta informacija. Na taj način možemo dobiti podatke iz šest različitih ugrađenih senzora otprilike svakih 10 minuta. Nema više vrijednosti i ne češće. Zašto?
Kako može izgledati sadržaj?
Uzmimo kao primjer temperaturni senzor. Uređaji obično kodiraju takva mjerenja u dva bajta. Zašto? Dva bajta mogu snimiti 2 ^ 16 razina. To znači 65636 koraka raspona temperature, odnosno više od 600 °C u 0,01 °C rezoluciji. Više nego dovoljno za gotovo sve aplikacije povezane s temperaturom.
Možemo li nešto uštediti?
Provjerimo samo jedan bajt s 2 ^ 8 razina. To podrazumijeva 256 koraka raspona temperature, odnosno više od 250 ° C u rezoluciji od 1 ° C ili oko 25 ° C u rasponu od 0,1 ° C. Čini se da je to ograničenje većine primjena temperature.
Možemo li pokušati nešto između?
Možemo, ali programeri obično ne žele. Zbog dobre i jednostavne prakse za rad s byte usklađenim strukturama u kodu na obje strane - strana koja šalje i koja prima podatke.
Kako obično izgleda sadržaj?
Kao što je ranije objašnjeno, ako uzmete gotovo bilo koji IoT temperaturni senzor, mogli biste biti prilično sigurni da sadržaj izgleda kao slijedeći
Gdje je LSB (least significant byte) manje_značajni_bajt, a MSB (most significant byte) najznačajniji_bajt koji zajedno može nositi brojeve od 0 do 65535. Ako nam je potrebna razlučivost od 0,01 ° C imamo više od 650 ° C na mjestu. Obično moramo mjeriti pozitivne i negativne temperature. Zato moramo prebaciti nultu vrijednost na najnižu negativnu temperaturu. Recimo do -50 ° C. Sada možemo prenijeti temperature od -50,00 ° C do 605,35 ° C u rezoluciji 0,01 ° C. Tako je to kodirano. Dekodiranje je kao povratna funkcija
Temperatura = (vrijednost / 100) - 50 [° C]
Koje su druge opcije?
Bez napora možemo navesti nekoliko primjera.
Za temperaturu, vlagu i tlak kombiniranog senzora korisna nosivost može biti:
Za senzor temperature s tri točke s vanjskim sondama korisna nosivost može biti:
Još uvijek ne kršimo IoT granice ako je za našu aplikaciju dovoljan snimak svakih 10 minuta.
Možemo li očekivati više?
Sigurno, da! Čak i za aplikacije za nadzor temperature. Možemo se lako suočiti s situacijom u kojoj je promatrani sustav ili okruženje nestabilno. S 10-minutnim intervalima snimanja ne možemo pouzdano otkriti promjene u razdoblju kraćem od 20 minuta. Sljedeća slika prikazuje zašto. Usredotočite se na točkice na sinusnom valu.
Ako postoje složeniji problemi u tehnologiji - ne samo kada je grijanje slučajno isključeno pola dana, a sobna temperatura pala za 10 ° C - trebamo više direktnih informacija. Kratki padovi temperature zbog nekontroliranog prozračivanja ili nestabilnosti u HVAC-u su oko minuta ili manje.
Kako ih uhvatiti internet stvari?
Višestruka mjerenja i jedan prijenos podataka
Mjerenje i odašiljanje vrijednosti u istom taktu najčešće je ponašanje na tržišnim uređajima. Pomjerimo ovaj pristup prema skupnom prijenosu dok koristimo prividne granice za takav slučaj: 12 bajtova u korisnom sadržaju.
Možemo imati 6 temperatura s dobrom razlučivošću svakih 10 minuta. To znači nešto češće od jednog mjerenja u 2 minute:
...ili možemo imati 12 temperatura s nedovoljnim dometom ili razlučivosti (raspon od 25,5 ° C u rasponu od 0,1 ° C ili raspon od 255 ° C u razlučivosti od 1 ° C) svakih 10 minuta. Nešto češće od jednog mjerenja svake minute...
...ili možemo imati isti uzorak s malo optimiziranim kodiranjem gdje svaka temperatura i dalje zauzima samo jedan bajt, ali kodiranje nije jednostavno linearno. Točnost senzora je obično bolja unutar mjernog raspona, a lošija u graničnim pojasima. To se može primijeniti i na traženu razlučivost. Idemo kodirati sredinu raspona, npr. u 0,1 ° C, područja pored sredine, na pr. u 0,25 ° C, a ostatak u rezoluciji od 0,5 ° C - uglavnom zbog mogućnosti snimanja ekstremnih temperatura. Primjerice, osjetnik temperature unutarnjeg zraka mogao bi imati raspon od -8 ° C do gotovo 60 ° C s punim razlučivošću od 0,1 ° C između 15-25 ° C, rezolucijom od 0,25 ° C za opsege od 10 ° C između 5-15 ° C i 25-35 ° C i rezolucijom od 0,5 ° C za granične pojaseve.
Tada bi funkcija dekodiranja mogla izgledati:
Sada možemo imati prihvatljivu rezoluciju snimaka temperature svake minute. Povrh toga, možemo sačuvati 20 poruka od 140 dnevnih poruka za ostale namjene.
Česta mjerenja s agregacijom podataka i jednim prijenosom podataka
Druga mogućnost nije snimanje i prijenos podataka što je češće moguće, već koristiti neke izračune unutar uređaja. Uređaji su opremljeni jednostavnim ali za ovaj zadatak dovoljno snažnim procesorima. Najviše potrošnje energije generira razdoblje prijenosa podataka. Stoga se ne bismo trebali bojati staviti više zadatka procesoru. Mjerimo podatke svakih 10 sekundi i prenosimo min, max i srednje vrijednosti samo jednom u 10 minuta. Sada bi sadržaj mogao izgledati...
...i odgovarajući rezultat na nadzornoj ploči kako slijedi.
Sada je usporedite sa slikama u nastavku. Možete li vidjeti razliku? Posebno pogledajte desnu polovicu grafikona kao primjer interferencije razdoblja uzorkovanja.
Zaključak
Dok standardna oprema na tržištu obično pruža samo potrebne funkcionalnosti, postoji dobra prilika za optimizaciju i poboljšanja. Vi samo trebate moći mijenjati firmver uređaja i odgovarajući dekoder IoT platforme. Možete tvrditi da programeri i proizvođači uređaja čuvaju svoje znanje (kako ponavljati mjerenje i slanje vrijednosti?) zaključavanjem softvera uređaja.
Da, to je istina. Srećom, postoje iznimke. Ako želite izgraditi vlastiti hardver, možete upotrijebiti npr. Arduino MKR FOX 1200 modul ili ako više volite raditi s gotovim hardverom, uputio bih vas prema uređajima Sens’it koji se isporučuju s SDK (Software development kit). Prilagodljivi dekoderi trebaju biti (i uglavnom jesu) ugrađeni u bilo koju IoT platformu. Mogao bih vas usmjeriti na Thingsboard PE s dekoderima napisanim u JavaScriptu, na primjer. Konačno.
Igrajmo se i obavijestite me o vašem uspjehu.