Développement IIoT Edge – Prototypage d'appareils

Note de l'éditeur : l'Internet industriel des objets (IIoT) promet de fournir un aperçu approfondi des opérations industrielles et d'améliorer l'efficacité des machines et des systèmes connectés. Les applications IIoT à grande échelle reposent sur des architectures en couches pour collecter des données à partir d'une large gamme de capteurs, déplacer les données de manière fiable et sécurisée vers le cloud et effectuer les analyses nécessaires pour fournir ces informations et cette efficacité. Dans Industrial Internet Application Development, les auteurs fournissent un examen détaillé de l'architecture IIoT et discutent des approches permettant de répondre aux exigences générales associées à ces systèmes.

Tiré du chapitre 3 du livre, cet extrait décrit comment les développeurs peuvent créer des prototypes de dispositifs capables de collecter et de communiquer des données à des applications de niveau supérieur. Cet extrait est présenté dans les tranches suivantes :

• Appareils de prototypage

• Implémentation de la connectivité HTTP

• Utilisation de WebSockets

• Utilisation de Modbus

• Utilisation des protocoles OPC UA

Adapté de Industrial Internet Application Development, par Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli.

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Chapitre 3. Développement IIoT Edge
Par Alena Traukina, Jayant Thomas, Prashant Tyagi, Kishore Reddipalli

Ce chapitre décrit le processus de prototypage d'un appareil pour les débutants. Nous fournissons des instructions détaillées sur la façon d'assembler quatre prototypes différents, et sur la façon de créer et d'exécuter des applications IoT simples pour les prototypes, ainsi qu'un exemple de code source. Enfin, nous explorons les services Predix qui peuvent être utilisés pour stocker, analyser et fusionner les données des capteurs des prototypes.

Dans ce chapitre, vous découvrirez les sujets suivants :

• Choix du matériel pour le prototypage

• Le modèle d'interconnexion des systèmes ouverts et ses couches

• Protocoles de la couche application—HTTP et WebSocket

• Protocoles industriels M2M—Modbus et OPC UA

• Assemblage d'un appareil pour un prototype

• Préparation d'une carte SD pour un prototype

• Créer et exécuter des applications IoT simples à l'aide des protocoles HTTP, WebSocket, Modbus et OPC UA

• Services de gestion de données dans Predix

Matériel pour prototypes

Cette section présente la variété de matériel disponible pouvant être utilisé pour le prototypage et donne quelques conseils sur le choix du matériel et un protocole d'échange de données pour assurer la communication entre les composants d'un prototype.

Variété et coût

On peut trouver une variété de matériel open source pour le prototypage—Arduino , Framboise Pi , Orange Pi , LinkIt , BeagleBone , et Tessel . La plupart d'entre eux sont vraiment bon marché; vous pouvez acheter un Orange Pi pour seulement 33 $. Le prix dépend généralement de la puissance de la carte et des interfaces qu'elle prend en charge.

En plus d'une planche, il est possible d'acheter un kit de démarrage qui coûte généralement environ 70 $. Il comprend quelques capteurs, un petit écran, des lampes, des câbles et une planche à pain pour tout connecter sans soudure. Le prix d'un seul capteur commence à partir de 1 $.

Modifications

Les cartes les plus populaires sont Arduino et Raspberry Pi. Chacun d'eux a des modifications différentes. Si des fonctionnalités supplémentaires sont requises, telles que Wi-Fi, Bluetooth, USB, HDMI ou un matériel plus puissant, il est recommandé de comparer les modifications pour trouver une carte qui correspond exactement à ses besoins.

Comparaison des options

Toutes les planches sont assez petites—environ 8 cm de large, 5 cm de haut et 2 cm d'épaisseur (sans boîte). Un matériel plus puissant aura des dimensions plus grandes (par exemple, Intel NUC mesure 35 x 25 x 4 cm).

Le paramètre le plus important est les options de connectivité, car toutes les cartes ne prennent pas en charge le Wi-Fi ou le Bluetooth. Le GSM, le GPS, un appareil photo, un module FM et d'autres fonctionnalités communes aux téléphones portables ne sont généralement pas disponibles non plus, et il faut les acheter séparément.

Un autre paramètre important est le nombre de connecteurs pour les capteurs. Il faut comprendre quels capteurs sont nécessaires et s'ils sont compatibles avec une carte choisie. Le nombre de broches peut être étendu en connectant des cartes supplémentaires spéciales à celles existantes.

Capteurs pris en charge

Certains connecteurs sur une carte peuvent prendre en charge uniquement les capteurs analogiques, tandis que d'autres ne sont que numériques.

Les capteurs numériques émettent un signal discret, ce qui signifie qu'il existe un ensemble limité de valeurs possibles pour ce signal. Par exemple, le capteur de température DHT11 génère un nombre entier compris entre 0 et 50.

D'autre part, les capteurs analogiques émettent un signal continu, ce qui signifie qu'il existe un nombre infini de valeurs possibles pour ce signal. Par exemple, le capteur de température TMP36 peut mesurer la température de -50 °C à 125 °C, y compris les valeurs à virgule flottante telles que 11,9 °C.

Bien qu'il soit possible de convertir un type de signal en un autre, cela nécessite des composants supplémentaires et complique la conception.