Модуль универсального контроллера для интернета вещей
— плата модуля для разработки широкого класса устройств преимущественно в сфере IoT, носимой электроники и малой автоматизации. Отличается разнообразием портов ввода/вывода и интерфейсов, что придает ей необычайную универсальность. Создана на новейших микроконтроллерах фирмы NXP семейства Kinetis.
Имеет на борту радио модуль с поддержкой Bluetooth LE 4.2 и ZigBee. Также есть разъёмы для microSD карты и USB 2.0 HS с поддержкой режимов и зарядник литиевого аккумулятора 3.6 В. С нижней стороны выведено два разъёма по 60 контактов. Есть энергонезависимые часы реального времени с отдельным элементом питания.
Плата сопровождается открытым программным обеспечением.
Коротко о плате
На плате установлено два микроконтроллера: MK66FN2M0VLQ18 (180 МГц, 2 МБ Flash, 256 КБ RAM) и MKW40Z160VHT4 (48 МГц, 160 КБ Flash, 20 КБ RAM). Первый для основного приложения и второй для беспроводной связи.
90 сигнальных пинов микроконтроллера MK66 выведены на два внешних разъёма.
| Плата модуля 6-и слойная с интегрированной PCB антенной на 2,4 ГГц. Материал — высокотемпературный текстолит FR4, допускающий многократные перепайки.Покрытие — .(Кликнуть для увеличения) | Встроенную антенну можно заменить на выносную припаяв на плату разъём типа UMC.Габаритный чертёж модуля.(Кликнуть для увеличения) |
| Cоздан схемный и конструктивный (3D) компонент модуля для среды разработки Altium Designer. Файлы компонета модуля можно найти в репозитарии по сcылке в конце статьи.(Кликнуть для увеличения) | Представление схемного элемента модуля в среде Altium Designer(Кликнуть для увеличения) |
Схема модуля K66BLEZ1
Большинство выводов микроконтроллера MK66FN2M0VLQ18 выведены на два внешних разъёма. Разъёмы выбраны так чтобы было удобно присоединять и отсоединять модуль от материнских плат.
Питание к плате подключается либо через USB разъем, либо через разъёмы расширения X6, X7.
Микросхема зарядника BQ24296RGET обеспечивает процесс надёжного автономного заряда литиевого аккумулятора от USB с контролем тока, напряжения и температуры аккумулятора.
Порядок запуска платы в работу
Шаг первый. Подача питания на модуль
Питание подаётся подключением USB кабеля. Ток потребления не превышает 100 мА поэтому подходит любой USB host интерфейс компьютера.
Пока в микроконтроллере нет программы компьютер никак не реагирует на подключение модуля по USB. Но на модуле должен включиться светодиод «PwrGood».
Светодиод «Charger» должен мигать, это говорит, что аккумулятор не подключён. Светодиод «CPU» обслуживается программно, поэтому тоже не горит.
Шаг второй. Подключение JTAG/SWD адаптера и проверка работоспособности SWD каналов
Микроконтроллеры на плате имеют отдельные разъёмы для подключения отладочных адаптеров по SWD интерфейсу.
микроконтроллер K66 допускает 3-х проводное подключение SWD с сигналом SWO (разъём X3), а микроконтроллер MKW40 допускает только 2-х проводное подключение (разъём X4).
Но это не накладывает ограничения на отладочный адаптер, и он для обоих микроконтроллером может быть одним и тем же.
Для отладки я применяю адаптер J-Link. Отладочные разъёмы на модуле с шагом 1.27 мм.
Поэтому пришлось сделать специальный переходник со стандартного разъёма адаптера на разъем модуля как показано на фото ниже.
(Кликнуть для увеличения)
Хотя адаптер J-Link и является лучшим в своём классе, но можно для отладки применить и более дешёвые отладчики, например, ST-Link.
Для тестирования работоспособности каналов отладки и программирования я использую утилиту от Segger JFlash. Эта утилита позволяет просмотреть состояние всех областей памяти чипа, протестировать скорость работы интерфейса и запрограммировать Flash память чипов.
(Кликнуть для увеличения)
(Кликнуть для увеличения)
С помощью JFlash удалось подключиться и проверить оба чипа на модуле.
Шаг третий. Тестирование первой программы для микроконтроллера K66
Однако первой программой будет не Hello Word и даже не мигание светодиодом.
В качестве первого теста выберем сразу эмулятор внешнего диска по USB и .
Это возможно поскольку схема модуля во много повторяет схему отладочной платы FRDM-K66F
Но сначала надо было скачать SDK с примерами программ.
Создаётся SDK для платы специальным онлайн инструментом на сайте NXP.com по адресу http://kex.freescale.com/en/summary?cas_auth=1 (для этого придётся зарегистрироваться на сайте)
В диалоге выбираем микроконтроллер MK66FN2M0xxx18
Диалоговое окно будет иметь вид, показанный ниже:
(Кликнуть для увеличения) Сразу надо определить среду разработки, в которой будет компилироваться SDK. Можно выбрать что-то одно из списка или сразу всё. Список включает и коммерческие IDE и бесплатные:
Я традиционно выбираю IAR. Мои недавние исследования на тему выбора компиляторов очередной раз показали, что IAR по-прежнему вне конкуренции, во всяком случае для ARM Cortex-M4.
SDK будет создан с встроенными примерами приложений и тестами периферии для плат frdmk66f и twrk65f180m. Практически все примеры для платы frdmk66f подходят и для нашей платы K66BLEZ1. Поскольку кварцевые резонаторы у этих плат имеют одинаковую частоту и у K66BLEZ1 совпадает подключение SD карты и USB HS интерфейса.
Были испытаны примеры: ___, ____, ___, ____.
Запись на SD карту в примере была довольно низкой — 200 КБ/сек., считывание — 1 МБ/сек.
В примере для просмотра видео использовалась программа PotPlayer x64. Скриншот встроенного в микроконтроллер видео приведён ниже.
(Кликнуть для увеличения)
Итого
Плата показала надежную работу. Интерфейс USB был протестирован на полной скорости 480 Мбит/с. Все драйвера USB на стороне PC также работоспособны.
Отладочные механизмы обоих процессоров работают без сбоев включая SWD, трассировку и виртуальный COM порт. Дальнейшее тестирование будет продолжено в следующих статьях.
Здесь хранятся все материалы, связанные с этим проектом — https://github.com/Indemsys/K66BLEZ1
Источник: https://habr.com/post/392839/
Полный спектр оборудования для промышленного Интернета вещей (IIoT)
Промышленный Интернет вещей (англ.
Industrial Internet of Things, IIoT) – это концепция, при которой различные промышленные устройства, такие как датчики или оборудование, объединены в сеть посредством использования сети Интернет.
Компания ICP2U предлагает широкий спектр решений для реализации концепции промышленного Интернета вещей, которые идеально подходят для энергетической отрасли, транспорта, промышленной автоматизации, а также многих других приложений.
В условиях современного, постоянно меняющегося и неустойчивого рынка, внедрение технологии IIoT поможет компаниям принимать правильные решения для повышения рентабельности производства, и в то же время минимизировать риски, а как следствие, увеличить доходы и будет способствовать расширению бизнеса.
Зачем нужен промышленный Интернет вещей?
Промышленный Интернет вещей меняет привычные представления о взаимодействии людей и машин, сочетая сбор данных через Интернет и аналитику, позволяет по-новому взглянуть на методы повышения эффективности и оптимизации бизнес-процессов.
Примеры успешного внедрения промышленного Интернета вещей
Компания General Electric использует Интернет вещей для профилактического обслуживания реактивных двигателей и для прогнозирования потенциальных неисправностей еще до того, как они проявили себя в полную силу. Кроме того, отслеживаемые полётные данные позволяют минимизировать издержки на топливо и повысить эффективность.
ThyssenKrupp Elevator обслуживает более 1,2 миллионов лифтов по всему миру. Возможность профилактического, упреждающего техобслуживания, реализованная благодаря внедрению IoT технологий от Microsoft, гарантирует высокое время наработки на отказ, и компания уже отметила снижение количества обращений в службу техподдержки.
Taiwan Smiconductor Manufacturing Company – ведущий производитель полупроводников построил систему мониторинга сухих вакуумных насосов в режиме реального времени, которая повысила эффективность работы и снизила общие затраты на производство на 30 млн. долларов в год.
В конечном счете, промышленный Интернет Вещей (IIoT) дает компаниям более полное представление о текущем состоянии и производительности оборудования, вносит огромный вклад в снижение незапланированных простоев производственных мощностей и способствует экономии миллионов долларов ежегодно.
Протоколы и аппаратные платформы для промышленного Интернета вещей (IIoT)
В промышленной среде используется много разных протоколов предназначенных для управления различными устройствами, такие как Modbus, Profibus, EtherCAT и другие, но в среде IIoT наибольшее распространение получил протокол MQTT. О том, как устроен протокол MQTT, в чем его преимущества и почему применяется в IIoT вы узнаете из статьи: Что такое MQTT и для чего он нужен в IIoT? Описание протокола MQTT.
Оборудование для промышленного Интернета вещей (IIoT), которое может предложить компания IPC2U:
Web-программируемый IoT контроллерМодули удаленного ввода/выводаШлюзы IIoTIIoT платформыИзмерители CO, CO2, температуры и влажности| Web-программируемый контроллер с возможностью интеграции с облачными IoT системами посредством протокола MQTT. Для взаимодействия с локальными или облачными MQTT брокерами контроллер использует MQTT клиент. В его функции входит: публикация данных, сбор данных с внешних MQTT брокеров и управление подключенными к контроллеру устройствами при получении MQTT команд. Таким образом он может выступать в роли шлюза между подключенными к нему устройствами и облачными системам. Подробнее о взаимодействии контроллера с облачным MQTT брокером смотрите в видеоролике. |
WISE-5231 от ICP DAS
|
| Модули удаленного ввода-вывода WISE-4000 компании Advantech позволяют собирать показания с датчиков, состояния каналов ввода-вывода, а затем передать эти данные на верхний уровень контроллерам или SCADA-системам. |
Серия WISE-4000 | LAN от Advantech
|
Серия WISE-4000 | Wi-Fi от Advantech
|
| Модули дискретного ввода/вывода серии MQ-7000 от ICP DAS имеют встроенный MQTT клиент, что позволяет им передавать значения состояний их каналов а так же предоставлять управление ими через MQTT протокол. |
Серия MQ-7000 от ICP-DAS (скоро в продаже)
|
| Шлюзы IoT предназначены для сбора данных c конечных устройств по промышленным протоколам и передачи их в облако для дальнейшего анализа и мониторинга. |
| UA-5231 от ICP-DASUA-5231 основан на процессоре с RISC архитектурой AM3352 720 МГц, операционная система Linux 3.2.14. В его входит сбор и обработка информации с удаленных устройств, подключенных по Ethernet или последовательным портам, IIoT сервер и ПИД регулирование.Встроенный OPC UA сервер и сервисы MQTT протокола, поддерживают различные промышленные протоколы. Шлюз имеет небольшое энергопотребление и компактный корпус, благодаря чему может быть установлен в ограниченном местом пространстве. |
| MXE-101i от ADLinkВстраиваемый компьютер с функционалом шлюза IoT.Выполнен на процессоре Intel Quark SoC X1021, работает под операционной системой Wind River и поддерживает Intel IoT Gateway solutions.Встроенное ПО Edge Pro упрощает настройку интеграции устройства с облачной системой и ускоряет разработку приложений. |
| NIO-50 от NEXCOMШлюз позволяет подключить устройства, работающие по протоколам Modbus TCP/IP, Modbus RTU и Modbus ASCII и передать полученные от них данные по Wi-Fi или LAN в облачный сервис по протоколу MQTT для ее дальнейшего анализа. |
| Серия NIO-100 от NEXCOMNIO-100 собирает данные с конечных устройств по интерфейсам RS-232/485/DIO и передает их в облако с помощью 3G, WiFi или Ethernet.В программное обеспечение шлюза входит модернизированная система Node Red, которая позволяет настроить логику работы простым перетаскиванием готовых функциональных блоков, их настройки и соединения между собой. При необходимости пользователь может создания своего собственного функционального блока. |
| Серия UC-8100-LX-CG от MOXAВстраиваемый компьютер с поддержкой программного обеспечения MOXA ThingsPro, упрощающего передачу данных от полевых устройств в облако.Подробнее о расширенных возможностях с новым ПО ThingsPro смотрите в обзоре. |
| Компьютерные платформы для Интернета вещей обеспечивают обмен данными между конечными устройствами и облачным хранилищем. IoT платформы поддерживают различные типы коммуникаций, могут быть с успехом использованы в производстве, промышленности, системах наблюдения, приложениях автоматизации. |
| Серия tBOX300 от AXIOMTEKВстраиваемые компьютеры для авто и ж/д транспорта tBOX способны работать при температуре -40oC, выдерживают вибрационные нагрузки и перепады напряжения. |
| eBOX560-300-FL от AXIOMTEKКомпьютеры прочной механической конструкции с отличными антивибрационными свойствами и защитой от ударов. Проходят всестороннее тестирование и обладают высоким уровнем отказоустойчивости. |
| ICO300 от AXIOMTEKНадежные компьютеры Axiomtek с идеальным соотношением цена-качество используют производительные энергоэффективные процессоры Intel Atom и оптимальный набор интерфейсов ввода-вывода. |
| Серия rBOX от AXIOMTEKАлюминиевый корпус, IP30, расширенный температурный диапазон, изоляция ввода-вывода, резервируемое питание и соответствие EN/МЭК позволяют успешно применять серию rBOX в суровых условиях эксплуатации. |
| IFB122 от AXIOMTEKБезвентиляторная система, на базе RISC-процессора iMX6UL от компании Axiomtek, функционал компьютера содержит самые необходимые интерфейсы для связи компьютера с внешним миром, устройство отличается исключительно выгодной ценой. |
| Измерители CO, CO2, температуры и влажности с поддержкой протокола MQTT. Данные с измерителя в реальном времени можно получать с помощью бесплатного программного обеспечения Windows, а также через приложение для iOS или Android. |
| Серия DL-300 от ICP-DASМодуль для измерения температуры, влажности и концентрации CO с визуализацией и протоколированием данных, RS485, Ethernet, PoE, протоколы DCON, Modbus RTU, Modbus TCP.Конфигурация устройства может производиться через встроенный Web интерфейс, сенсорный экран, а также через DCON Utility.Датчик имеет систему предупреждения: при превышении установленных параметров (температуры, CO/CO2, влажности) на самом устройстве загорается индикатор Alarm, включается звуковое предупреждение и замыкается реле. Функция data logger позволяет вести записи (до 450 000) состояний параметров. |
Общий обзор и демонстрация работы контроллера WISE-5231 с облачным MQTT брокером
Мы подготовили небольшой видеоролик по обзору контроллера WISE-5231 c демонстрацией передачи данных в Интернет брокер по MQTT протоколу.
Содержание ролика:
- Спецификация контроллера
- Что такое MQTT протокол
- Подключение контроллера к MQTT брокеру
- Мониторинг данных с MQTT клиента
Приятного просмотра!
Обзор нового ПО ThingsPro (IIoT шлюз) Промышленный Интернет вещей от компании MOXA
ThingsPro Suite представляет собой пакеты программного обеспечения, основанные на открытой платформе Debian Linux и позволяющие собирать данные с множества устройств по разным протоколам, производить необходимые вычисления и передавать полученные результаты по интерфейсам связи всего в несколько простых шагов.
В данном видео Вы узнаете:
- Какими функциями обладает ThingsPro
- Основные преимущества каждой из функций
- Возможности встраиваемого компьютера UC серии 81ХХ
- Факторы, характеризующие концепцию Промышленного Интернета вещей
За более подробной информацией обращайтесь к специалистам IPC2U по телефону: +7 (495) 232 0207 или по e-mail: sales@ipc2u.ru
Источник: https://ipc2u.ru/articles/obzory-produktov/industrial-iot/
Комплект средств разработки ПО (SDK) для расширения возможностей промышленного «Интернета вещей» от Honeywell
Подразделение «Промышленная автоматизация» корпорации Honeywell объявило о выпуске первого надежного и полностью масштабируемого комплекта средств разработки ПО для упрощения взаимодействия программных систем промышленного назначения, который позволит им обмениваться данными между собой независимо от платформы, операционной системы или размеров. Комплект средств разработки ПО Matrikon FLEX OPC Unified Architecture (OPC UA) — оптимальное решение в ситуациях, когда вычислительные ресурсы и память имеющихся компьютеров существенно ограничены.
Решение Matrikon FLEX предназначено для производителей серийной продукции и предприятий перерабатывающей отрасли, коммерческих заказчиков и поставщиков оригинального оборудования (OEM) для автоматизации производства.
Это первый комплект разработчика, позволяющий быстро и легко наладить поддержку OPC UA при реализации любых задач независимо от их масштаба. Это единственный SDK, отвечающий требованиям всех сегментов рынка, — от небольших микропроцессорных систем до корпоративных серверов.
Продукт станет ключевым компонентом концепции Honeywell Connected Plant.
Активное освоение промышленного «Интернета вещей» (IIoT) и концепции «Индустрия 4.
0» стимулирует потребность в технологиях открытой и безопасной связи (межмашинного взаимодействия, или M2M) между устройствами, а также между периферийными и облачными решениями.
OPC UA — ключевой стандарт обмена данными, поэтому для успешной конкуренции в сегменте IIoT и «Индустрии 4.0» поставщикам необходимо, чтобы их новые и существующие продукты поддерживали OPC UA.
Новый SDK Matrikon FLEX представляет собой единое клиент-серверное решение для промышленных организаций с различными требованиями к обмену данными.
Готовая клиент-серверная архитектура Matrikon FLEX обеспечивает быстрый и удобный метод реализации оптимизированных, высоконадежных продуктов с поддержкой OPC UA, при этом разработчикам не нужно обладать экспертными знаниями в области OPC UA.
В отличие от поставщиков, предлагающих отдельные версии пакетов разработки OPC UA для продуктов на разных платформах, Honeywell создала единый комплект, необходимый специалистам для того, чтобы использовать, поддерживать и обновлять все свои продукты.
Это эффективный и экономичный способ реализации возможностей промышленного «Интернета вещей» для создания и более быстрого вывода на рынок полного ассортимента продуктов.
Кроме того, в Matrikon FLEX используется стабильная и надежная архитектура для максимального увеличения времени полезной работы конечных решений.
Такой подход помогает внедрять поддержку OPC UA в решения с минимальными вычислительными ресурсами.
Комплект обеспечивает надежное управление памятью на основе общего пула ресурсов и работает практически на любой системе — от встраиваемых платформ с ограниченными ресурсами до мощных приложений на основе ПК.
Источник: http://controlengrussia.com/internet-veshhej/opc-ua/
Чем различаются IoT и IIoT: найди 11 отличий | Rusbase
Две технологии, IoT и IIoT, в последнее время получили широкое распространение. Это абсолютно разные понятия, сходство между которыми сводится лишь к аббревиатурам и высокоуровневым концепциям.
Но если углубиться в детали, то данные концепции идут параллельно, хотя схемы из одной иногда заимствуются другой.
Ответ – нет. Это далеко не так. И для того, чтобы опровергнуть вышеуказанное заблуждение, мы выделили 10 отличий между технологиями IoT и IIoT. Сравнение не содержит слишком глубокое погружение в детали, но для понимания ситуации на уровне бизнеса является достаточным.
Отмечу также, что общего в этих технологиях: только то, что они обеспечивают некоторые универсальные стандартные протоколы, которые должны позволить устройствам от различных поставщиков свободно общаться между собой и принимать решения на основе полученной информации.
11 отличий между технологиями IoT и IIoT
Где применяется IoT
IoT и IIoT – два разных направления, так как предназначены для разных аудиторий и решают разные задачи.
Главная цель интернета вещей – это, в первую очередь, личный комфорт конечного пользователя, а на втором месте – контроль за расходами его домохозяйства.
IoT предполагает исключительно бытовое применение. На его основе функционируют:
- Свет и отопление
- Электронные замки дверей
- Камеры наблюдения
- Заказ товаров холодильником
- Системы распознавания речи для управления проигрываемой музыкой
- Полив приусадебного участка
IoT также отвечает за оптимизацию электроэнергии за счет автоматизированной работы счетчиков. Они могут быть объединены в одну общую сеть, анализирующую расходы как на энергию, так и на воду и газ, и предлагающую варианты экономии хозяину. Система автоматически выключает свет, перекрывает воду, а также контролирует другие бытовые вопросы.
Области применения IIoT
Основная ценность от использования промышленного интернета вещей – достижение максимальной энергоэффективности любого производства или сети. Другими словами, в основу расчетов положена прямая стоимость оптимизации за счет применения технологии.
В первую очередь, IIoT – это взаимодействие датчиков, которые контролируют работу оборудования на производстве, в ходе переработки сырья или, например, при добыче нефти на вышке.
Системы датчиков широко применяются в промышленном производстве, при добыче полезных ископаемых и даже в лампах для освещения городских дорог, которые включаются и выключаются скоординировано и автоматически, в зависимости от их загруженности. Все это области для применения IIoT.
На производстве внедрение IIoT предполагает структурное образование цифрового двойника производимой продукции.
В результате применения IIoT:
- Снижается общий процент брака
- Выявляются основные факторы, влияющие на появление брака
- Повышается эффективность процессов технологической цепочки производственных линий
- Появляется возможность осуществлять более высококачественный мониторинг процессов
- Можно более наглядно прослеживать цепочку создания продукта и оптимизировать процесс производственной линии
Преимущества использования IIoT
Эффективное производство невозможно при разрозненной работе датчиков: промышленный интернет вещей позволяет собрать всю информацию и оптимизировать любой производственный процесс.
Например, если ранее к каждому из нескольких станков были подключены разрозненные датчики, и сотруднику цеха приходилось вручную снимать показания с каждого из них. Затем ему нужно было собрать эту картину в единое целое.
Промышленный интернет вещей выдает объем цифровой информации, который позволяет дать подробную и объективную оценку эффективности производственных линий.
В разы вырастет объем, актуальность и скорость получения информации о том, что происходит на производстве. Вместо разрозненных десятков станков появляется понятие цельной производственной линии. IIoT позволяет контролировать как то, что происходит в рамках нее, так и внешнюю среду. Например, экологическую ситуацию.
Еще одна возможность IIoT – осуществление контроля состояния окружающей среды непосредственно вблизи производства. Если раньше главной задачей было получить данные о том, что происходит на самом производстве, то новые требования предполагают также соблюдение экологических стандартов. Здесь области применения IIoT практически безграничны.
IoT применяется в бытовых процессах, IIoT – в производственных. Это сходные по принципу работы и названию технологии, созданные, тем не менее, для решения различных задач. Они развиваются параллельно, и вряд ли когда-либо будут иметь серьезные пересечения в применении.
IIoT обладает большим потенциалом, чем Big Data
В последние годы развитию экосистем IoT и IIoT уделяется большое внимание. Они обслуживают множество приложений для потребителей, коммерции и промышленности, так как с этим связаны высокие бизнес-возможности.
Множество корпораций получили не очень позитивный опыт внедрения технологии больших данных, пытаясь, например, перенести успех Netflix или Amazon на свою торговую бизнес-модель без предварительного анализа.
IIoT обладает, с точки зрения внедрения в производство, даже большим потенциалом, чем Big Data, но важно не повторить те же ошибки, что в вышеуказанном примере.
Материалы по теме:
Как сделать российские заводы «умнее»?
«Люди даже не задаются вопросом, зачем флеш-плееру иметь доступ к микрофону. Именно этим пользуются хакеры»
10 технологических профессий будущего, которым нужно учиться уже сейчас
«Умный свет в офисе экономит нам 40% затрат на электроэнергию» – как это работает
«Мы — цифровые крестьяне»: как интернет вещей возвращает нас в Средневековье
Актуальные материалы — в Telegram-канале @Rusbase
Нашли опечатку? Выделите текст и нажмите Ctrl + Enter
Источник: https://rb.ru/opinion/iot-iiot-11-otlichij/
Индустриальная платформа I3Mote для промышленного Интернета вещей
Промышленная революция 4.0 и Интернет вещей (Internet of things, IoT) подразумевают тотальное внедрение интеллектуальных электронных систем. Однако традиционные подходы к разработке электроники не способны обеспечить требуемой скорости вывода новых продуктов на рынок.
Отсюда – рост популярности различных универсальных программно-аппаратных платформ, минимизирующих затраты времени и денег на разработку электронных устройств.
Одна из новинок в этой области – индустриальная платформа I3Mote для промышленного IoT от компании Texas Instruments – соединяет высокую функциональность и малое энергопотребление.
Мир стоит на пороге промышленной революции 4.0. Косвенным доказательством этого становится развитие технологии Интернета вещей (Internet of things, IoT). И то и другое невозможно без значительного ускорения процесса проектирования электронных устройств и вывода их на рынок.
Традиционный подход к проектированию аппаратуры подразумевал создание электронных систем под конкретную задачу «с нуля». При этом период от начала проектирования до появления продукта на рынке был очень длительным.
Позднее, когда сложность электроники значительно возросла, такой способ разработки стали применять все реже.
Все большую популярность начали получать различные узкоспециализированные отладочные и оценочные наборы, которые существенно упрощают жизнь проектировщикам и снижают стоимость разработки.
С их помощью можно собрать полнофункциональный макетный блок при минимальных затратах времени и денег. После того как такой макет проходит все испытания, создается итоговое устройство на базе собственных печатных плат. Однако и этот двухступенчатый подход не обеспечивает необходимой скорости вывода продуктов на рынок.
На следующем витке эволюции процесса проектирования электронных устройств стали появляться различные универсальные программно-аппаратные платформы: от промышленных модульных систем до готовых решений и любительских DIY-платформ.
Модульный подход подразумевает, что конечная система собирается как конструктор из отдельных законченных функциональных блоков при минимальной доработке ПО. Яркий пример – Arduino. Другие платформы, наоборот, стремятся сконцентрировать максимум функционала на материнской плате.
Одним из примеров таких платформ является I3Mote для промышленного Интернета вещей от компании Texas Instruments.
I3Mote с аппаратной точки зрения представляет собой готовое решение (рис. 1) [1]. На печатной плате располагается мощный вычислительный контроллер MSP432 с ядром Cortex-M4F, 2,4 ГГц беспроводная система на кристалле CC2650 с ядром Cortex-M3, развитые система питания и набор встроенных датчиков, коммуникационные каналы для взаимодействия с внешними системами и модулями.
Рис. 1. Внешний вид платы I3Mote
Естественно, возникает вопрос: зачем нужно было выдумывать еще одну платформу? Дело в том, что пока не существует четкого представления, по какому пути пойдет развитие электроники.
Различные платформы предлагают собственные подходы к проектированию конечных систем и обладают как достоинствами, так и недостатками. В итоге, идеального решения не существует.
По этой причине компания Texas Instruments провела анализ требований современного рынка и предложила плату I3Mote.
Рассмотрим некоторые существующие на рынке платформы и оценим их достоинства и недостатки.
Краткий обзор существующих решений
Как сказано выше, существует множество различных платформ и решений. При этом их число постоянно растет. В статье мы сосредоточимся на наиболее ярких представителях.
Сразу стоит отметить, что у каждой платформы могут быть достоинства и недостатки. Чтобы хоть как-то провести их качественное сравнение, необходимо выделить наиболее критичные параметры с точки зрения современных и будущих требований промышленности. По мнению компании Texas Instruments, ключевыми характеристиками промышленных систем в ближайшее время станут:
- Поддержка беспроводных протоколов с высоким уровнем надежности, низким потреблением и минимальной стоимостью реализации.
- Возможность работы с большим количеством датчиков, обработка их показаний в реальном времени и высокоточный анализ полученных данных, что требует значительного роста вычислительной мощности процессоров.
- Минимальный уровень потребления и возможность использования альтернативных источников энергии. Беспроводные решения, как правило, ассоциируются с батарейным питанием. Так как замена элементов питания чрезвычайно непрактична, а зачастую и вовсе невозможна – например, при большом количестве датчиков, расположенных в труднодоступных местах – то система должна иметь минимальное потребление.
- Поддержка проводных промышленных интерфейсов и возможность сопряжения с уже существующими системами. Это достаточно очевидное требование, так как выкидывать старое оборудование на свалку никто не станет. Вместо этого заводы и фабрики ожидают модернизации производства.
Если анализировать существующие платформы, руководствуясь этими ключевыми параметрами, то можно сделать вывод, что большинство из них не полностью соответствуют современным требованиям (таблица 1) [2].
Таблица 1. Анализ существующих программно-аппаратных платформ
Все представление в таблице 1 платформы можно разделить на несколько групп [2].
Платформы, ориентированные на работу со встроенными датчиками. К ним относятся, например, SensorTag от Texas Instruments и XDK Cross-Domain Development Kit от Bosch. В обоих случаях пользователи получают законченные решения с возможностью работы в составе беспроводных сетей.
У этой группы есть два основных недостатка. Во-первых, в них отсутствует поддержка промышленных интерфейсов, поэтому придется затратить усилия на подключение их к существующему оборудованию.
Во-вторых, эти платформы могут работать только со встроенными сенсорами, подключить внешние датчики, которые уже применяются на производстве, не получится.
Платформы, нацеленные на использование беспроводных каналов. Развитие машинно-машинных интерфейсов привело к созданию беспроводных малопотребляющих платформ, которые позволяли разработчикам быстро создавать интеллектуальные сети различных функциональных устройств.
Например, семейство платформ LTP590x от компании Dust (выкуплена Linear Technology, вошедшей, в свою очередь, в состав Analog Devices) использует Eterna SoC (System on Chip) на базе малопотребляющего ядра Cortex-M3 с трансивером IEEE 802.15.4.
Другими примерами являются OpenWSN и OpenPicus.
Эти платформы были направлены на максимальное упрощение процесса создания сетей, что делает их весьма перспективными для применения в том же IoT. Вместе с тем, они не могут использоваться в промышленных системах без дополнительной доработки. Для их внедрения потребуются дополнительные модули. Кроме того данные платформы не отличаются развитой системой питания.
Платформы для промышленных приложений. В отличие от рассмотренных выше платформ данная группа разрабатывалась непосредственно для промышленных приложений. В качестве примеров можно привести Libelium WaspMote, MangOH.
Libelium WaspMote отличается широкими возможностями по взаимодействию с промышленными системами (RS-232, RS-485, Modbus, Controller Area Network (CAN) и 4–20 мА) и поддержкой XBee. Однако эта платформа не может похвастаться высокой вычислительной мощностью и низким потреблением. Причиной этого является использование устаревшего 8-битного процессора ATmega1281.
MangOH представляет собой достаточно интересный проект, который подразумевает, что пользователь получает 90% функционала IoT прямо «из коробки».
То есть разработчикам (программистам и схемотехникам) потребуется минимум усилий для интеграции модулей этой платформы в конечную систему.
MangOH строится на базе платформы Green platform – это системная плата, работающая под управлением Linux, и поддерживающая различные коммуникационные интерфейсы (USB, RS-232, RJ45 и др.). К Green platform могут подключаться различные платы расширения.
Как и в случае с Libelium WaspMote платформа MangOH в первую очередь была нацелена простоту расширения и простоту разработки, а вот параметры потребления оказались задвинуты на задний план.
Таким образом, несмотря на многообразие платформ найти идеальный вариант не всегда получается. По этой причине новые решения будут продолжать появляться. Компания TI попыталась максимально учесть недостатки остальных платформ и предложить свое решение в виде I3Mote.
I3Mote – новая программно-аппаратная платформа для промышленных приложений
Intelligent Industrial Internet Mote (I3Mote) – открытая и универсальная программно-аппаратная платформа, предназначенная для автоматизации промышленных процессов, управления автоматикой зданий и другими системами с датчиками. Аппаратно I3Mote представляет собой законченный модуль в виде печатной платы 60х40 мм (рис. 2).
Рис. 2. Расположение компонентов на плате I3Mote
Основными отличительными особенностями I3Mote являются:
- возможность работы с широким спектром элементов и напряжений питания, в том числе: USB 5 В, промышленные источники питания 24…36 В, гальванические элементы (2×AA, 2×AAA, CR2032), аккумуляторы CR2032, альтернативные источники энергии (солнечные батареи, термоэлектрические генераторы);
- наличие встроенных датчиков давления, температуры, влажности, ускорения, освещения;
- наличие беспроводного канала обмена данными 2,4 ГГц (WHART/6TiSCH/BLE/ZigBee);
- поддержка широкого спектра каналов для работы с внешними датчиками (SPI, I2C, ШИМ, АЦП);
- поддержка промышленной токовой петли 4…20 мА и интерфейса HART.
Очевидно, что для реализации всех этих особенностей пришлось задействовать развитую номенклатуру микросхем и компонентов (таблица 2) [1].
Таблица 2. Ключевые компоненты I3Mote
| Функциональные блоки | Ключевые компоненты | Характеристики | Корпус | Особенности |
| Блок беспроводной связи | CC2650 | Микроконтроллер, ядро 32 бит ARM Cortex-M3, 48 МГц, 128 кбайт Flash, 20 кбайт ОЗУ, AES-128 | 7×7/48-выводной QFN | WHART/6TiSCH/BLE/ZigBee® |
| Антенна (встроенная или внешняя) | — | — | — | |
| Блок проводной связи | DAC8730 |
Источник: https://www.terraelectronica.ru/news/4919
Трекер для станка: когда в Россию придет промышленный интернет вещей. Фото
Если еще три года назад о промышленном интернете вещей никто в России не говорил, то сегодня это тренд. Крупные интеграторы проводят конференции, IIoT всплывает на инновационных форумах, госкорпорации берут его в основу своих стратегий на несколько лет вперед.
По данным ПАО «Ростелеком», промышленные разработки занимают 60% российского рынка IoT, однако все еще неясно, к чему стремится и чего уже достигло в этом отношении отечественное производство.
На каком этапе сейчас промышленный интернет вещей в России и что мешает ему выйти на более высокие показатели?
Промышленный интернет вещей в России и за рубежом
Говоря просто, промышленный «интернет вещей» (IoT) — это компьютеризация всех рабочих мест на предприятии, когда в единую информационную сеть объединяются все производственные объекты, не только оборудование, но и рабочие места.
Таким образом формируется среда, где машины начинают понимать свое окружение и общаться между собой по интернет-протоколу, минуя операторов, самостоятельно решая вопросы повышения эффективности или, например, предотвращая внештатные ситуации. Как следствие – кратное повышение эффективности всех участников экосистемы предприятия.
Если в оборудование вмонтированы датчики с выходом в сеть, их производители и клиенты могут удаленно контролировать работу производственных площадок, своевременно проводить регламентные работы, предсказывать аварии и проводить планово-предупредительный ремонт или, например, заранее подготовить необходимые детали на замену и т. п.
К тому же, зная фактическую и планируемую загрузку производственного оборудования, соединенного с сетью, клиент или заказчик может организовать автоматическую сеть заказов между различными производствами. Длинная цепочка — от поставщиков материалов до потребителей конечной продукции — уже идет без вмешательства человека.
Именно поэтому многие зарубежные промышленные предприятия провели модернизацию ИТ-системы, внедрили элементы промышленного IoT и уже переходят на следующий этап — создают цифровое производство, которым может управлять в режиме реального времени, без участия человека. По мнению аналитиков Gartner, число соединенных устройств в мире достигнет 21 млрд шт.
в 2020 году, Intel дает другую цифру – 200 млрд. Использование все большего количества роботов и внедрение промышленного IoT в производстве позволит снизить расходы на персонал, накладные расходы и повысить качество. Например, завод Philips по производству бритв в Голландии работает в темном помещении, где находятся 128 роботов.
Весь коллектив завода состоит из девяти работников.Россия пока отстает от этого процесса и находится в самом начале пути. Сейчас основная цель для нашей страны не в том, чтобы научить машины обходиться без людей, а в том, чтобы помочь людям и машинам взаимодействовать.
Потенциал повышения эффективности за счет внедрения элементов промышленного IoT у нас значительно выше, чем в развитых странах. На современных западных производствах уже многое автоматизировано и повышение эффективности на 1-2% — это уже очень хорошо. В России, где «все только начинается», возможен скачок продуктивности на 10-30%.
MDC/MDA системы как элемент Индустрии 4.0
В международной классификации существуют системы класса MDC/MDA (Machine Data Collection/Machine Data Acquisition), проще говоря, системы мониторинга. Они позволяют совершенствовать современное производство без существенных вложений, повышая его эффективность и параллельно решая множество смежных проблем.
Это и есть определяющая задача и первый шаг на пути к промышленному интернету вещей.
Принцип работы MDC-систем простой. Для современных станков с ЧПУ (системы компьютеризированного управления.
— Forbes) разрабатываются программы протоколов мониторинга, обеспечивающие получение от оборудования подробной информации о состояниях станка и происходящих на нем изменениях. На станки более старых моделей ставятся терминалы-регистраторы, которые подключаются к системе ЧПУ или электроавтоматике станка.
Такие программно-аппаратные «агенты-посредники» собирают информацию о работе станков и производственного персонала (сколько станки работали, сколько простаивали, по каким причинам простаивали, кто из операторов в этот момент работал и др.) и отправляют на сервер.
В итоге руководители получают отчеты об эффективности работы производства, а отдельные службы предприятия — объективный инструмент для принятия управленческих решений, которые помогают им организовать производственный процесс эффективнее.
Специалисты все еще не сошлись во мнении: считать системы мониторинга элементом промышленного интернета вещей? Ведь они не позволяют полностью автоматизировать производство. Так или иначе, можно смело утверждать: это необходимый старт для «Индустрии 4.0».
Хотя бы то, что станки сами отчитываются о своей работе, обходя «журнальные» методы получения информации, — это уже значительно оптимизирует производственный процесс, приближая будущее, которое показывает нам пример завода Philips.
Системы MDC/MDA уже давно пришли на предприятия за рубежом.
Они работают как прослойка между оборудованием и MES-системами (системами управления производством), которым очень нужна объективная информация от самого оборудования, а не цехового персонала. Например, решение MCIS от SIEMENS включает программные модули, которые можно применять как по отдельности, так и вместе (тогда модули будут обмениваться информацией).
MCIS можно поэтапно, с учетом особенностей производства, адаптировать к работе с любыми станками с ЧПУ, причем размер цеха или завода неважен. MCIS дает доступ ко всей необходимой информации в режиме онлайн – с рабочего места оператора (или через локальную сеть предприятия, или через интернет).
Есть еще одна популярная система для контроля производства и управления производительностью станков — OMATIVE Pro. Она ставится не на оборудование, а на сервер заводской компьютерной сети и соединяется с системами » в комплекте» на станках, постоянно получая информацию о событиях в их работе. Программа показывает включен станок или выключен.
Если он в работе, в интерфейсе программы можно увидеть графики и диаграммы: продолжительность полного цикла обработки и отдельных операций, время нахождения инструмента в материале, динамические изменения подачи и нагрузки, аварии. В отдельном разделе можно посмотреть набор статистических отчетов.
И вся эта информация доступна в любом месте заводской компьютерной сети, а также через интернет, то есть локальный или дистанционный контроль производства работает круглосуточно. Начальник производства может следить за тем, как «спят» его станки — из дома, за поздним ужином. Применения уже есть.
Например, в автомобильной промышленности при обработке блок-цилиндров, коленчатых и распределительных валов, корпусов трансмиссии без решений OMATIVE работать было бы невозможно.
Дело в том, что эти детали производятся из материалов неоднородной твердости, а размер отливок и поковок ( из-за материалов с твердыми участками и вкраплениями в них) может сильно варьироваться. Поэтому качество мониторинга (а у OMATIVE ACM оно высоко) на таких производствах имеет решающее значение для того, чтобы производство шло без остановок и в безопасном режиме. Кроме того, при обработке этих деталей с OMATIVE ACM можно сокращеать время цикла обработки. Поэтому, например, Hyundai Motors, с внедрением системы от OMATIVE ACM смогла начать экономить около 8% времени в производственном процессе.
Источник: http://www.forbes.ru/tehnologii/337091-treker-dlya-stanka-kogda-v-rossiyu-pridet-promyshlennyy-internet-veshchey
STMicroelectronics: Решения в области безопасности для приложений Интернета вещей (IoT)
Компания ST представила новый продукт на рынке аутентификации, который является дополнением широко развернутой системы защиты торговых марок, информационных технологий и модулей доверенных платформ, распространяемым теперь устройства на Интернет вещей.
Данные, получаемые от объектов интеллектуальных электросетей, интеллектуальных городов и домов, интеллектуального промышленного оборудования, в том числе промышленности четвертого этапа индустриализации «Индустрия 4.
0», должны быть доверенными, поэтому все больше и больше подключаемых устройств сегодня принимает решения на основе защищенных элементов, аналогичных тем, которые используются в принтерах, персональных компьютерах, игровых устройствах, телефонах, аксессуарах, аккумуляторах и предметах роскоши.
Компания STMicroelectronics предлагает завершенную экосистему готовых к использованию решений для обеспечения идентификации устройств, системной и сетевой целостности, подлинности выбираемых потребителями торговых марок, а также надежности и безопасности Интернета вещей.
Эти решения могут использоваться в качестве автономных чипов в потребительских продуктах, например картриджах струйных принтеров, или совместно с прикладными микроконтроллерами, такими как STM32, или микропроцессорами.
Семейство элементов безопасности компании ST включает как оптимизированные компоненты — STSAFE-A100, так и гибкие модули доверенных платформ (TPM) на основе Java, совместимые с KERKEYTM и TCG.
Основанные на сертифицированных по спецификации CC EAL5+ чипах, работающих под управлением безопасной операционной системы, разработанной ST, решения компании обеспечивают современный уровень безопасности для объектов и сетей Интернета вещей против следующих угроз:
- Подделка устройств
- Искажение пользовательских данных
- Нарушение функций устройств
- Нарушение доступа к службам и сетям
| Реализация защищенного соединения на основе STSAFE-A100 |
Отличительные особенности:
-
Функции безопасности — STSAFE-A100:
- Совместим с новейшим поколением высокозащищенных микроконтроллеров
- Сертифицирован по стандарту CC EAL5+ AVA_VAN5 Common Criteria
- Активный защитный экран
- Мониторинг параметров окружающей среды
- Защитный механизм против ошибок
- Уникальный серийный номер, присвоенный каждой микросхеме
- Защита от атак по сторонним каналам
- Расширенный алгоритм несимметричного шифрования
- Алгоритм шифрования на основе эллиптических кривых (ECC) с длиной ключа 256 и 384 бит по стандартам NIST или Brainpool
- Алгоритм цифровой подписи на эллиптических кривых (ECDSA) с формированием хэш-сумм длиной 256 и 384 бита для генерации цифровой подписи и верификации
- Генерация ключей по протоколу Диффи-Хеллмана на эллиптических кривых (ECDH)
- Расширенное симметричное шифрование
- Шифрование и дешифрование ключей с использованием алгоритмов AES-128 и AES-256
- Использование канального протокола безопасности на основе AES-128
- Защищенная операционная система
- Защищенное ядро STSAFE-A100 для функций аутентификации и управления данными
- Защита от логических и физических атак
-
Функции безопасности – KERKEYTM
- Платформа: Java CardTM, GlobalPlatform, ISO/IEC 7816 и Common Personalization
- Генератор действительно случайных чисел (TRNG), соответствующий стандарту AIS-31 класс P2
- Улучшенные криптографические алгоритмы:
- DES/3DES, RSA, ECC и AES
- SEED, SHA-1, SHA-256, MD5 и CRC16
- Организует соединение на основе парольной аутентификации
- Использования протокола согласования ключей PACE
-
Функции безопасности — STSAFE-TPM
- Активный защитный экран и датчики окружения
- Блок защиты памяти (MPU), используемый для разделения ресурсов модуля доверенных платформ (TPM) между режимами TPM1.2 и TPM2.0
- Мониторинг параметров окружающей среды (напряжение питания и тактовая частота)
- Аппаратная и программная защита от внедрения ошибок
- Генератор случайных чисел, соответствующий Федеральным стандартам обработки информации (FIPS), выполненный на основе спецификации SP800-90A с длиной хеш-суммы 256 бит для генераторов псевдослучайных чисел (DRBG) и стандарта AIS-31 класс PTG2 для генераторов действительно случайных чисел (TRNG)
- Криптографические алгоритмы:
- RSA для генерации ключей длиной 1024 или 2048 бит
- RSA для цифровой подписи и шифрования
- HMAC для аутентификации сообщений с использованием хеш-сумм SHA-1 и SHA-256
- AES с длиной ключа 128, 192 и 256 бит
- ECC с длиной ключа 224 и 256 бит
Область применения:
- Аутентификация и безопасность устройств Интернета вещей
- Системы интеллектуального дома и интеллектуальные электросети
- Персональные компьютеры и игровые консоли
- Защита торговых марок (аксессуары, батарейки, печатные платы и др.)
- Модули доверенных платформ (TPM)
Запросить образцы, средства разработки или техническую поддержку
Документация на STSAFE-A100 (англ.)
Документация на KERKEY (англ.)
Источник: http://www.ebvnews.ru/technical/stmicroelectronics/7410.html
Загрузка...