采用Sitara™ AM437x处理器PoM创建基于物联网的工业网关(IoT-SDK)

今天,物联网(IoT)不仅仅是连接设备和无缝通信。新兴的物联网对货物生产方式产生了深远的影响,引发了另一次工业革命——工业4.0

工业4.0或第四次工业革命是当前制造业自动化和数据交换的趋势。它基于网络物理系统(CPS),网络机器,以及智能和高度灵活的软件。在工业环境的背景下,当需要分析长时间收集的大量数据时,就会更需要物联网。

将次应用在工业环境的实践中,物联网主要涉及数据采集、处理和相关控制系统。设备或资产连接到云或本地信息技术(IT)基础设施以收集和/或传输数据。然后处理和分析该数据以提供关于控制系统的见解。控制系统直接作用于实时测量,通常不包括存储。物联网和云基础设施提供了保存在较长持续时间内收集的所有数据的机制。在云上收集的数据可以用于通过统计分析长时间收集的数据来管理控制系统。

虽然典型的过程控制器基于处理短期纠正措施的实时数据进行操作,但物联网和基于云的技术可实现长期观察和改进。

让我们以简单的控制系统/家庭自动化控制器为例进行说明。

该系统包括以下组件。

  • 控制器板连接到传感器和执行器

这些可以基于直接(或经由工业总线)连接到传感器或执行器的微处理器(MPU)。或者它们也可以基于运行RTOS的低端MPU处理更多的功能。虽然基本功能是感测参数或从传感器进行测量,然后控制执行器/输出,但是这些系统可以扩展以将期望的参数推送到云服务器。

  • 云服务器

云提供了各种功能,包括具有冗余的分布式存储,高可用性和集中式设备管理。云还可以提供分布式计算基础设施以执行涉及大数据的期望业务逻辑或数据分析逻辑。

  • 为系统提供用户界面的客户端

客户端是前端,提供用于配置和检索信息和状态的人机接口。客户端可以是在不同平台上实现的应用程序,包括PC、瘦客户端;平板电脑、智能手机等

解决方案示例

让我们看看使用IoT-SDK实现一个简单的物联网启用的家庭/办公自动化控制器的,IoT-SDK提供将工业总线/协议接口到云的中间件。

系统使用:

  • 基于Sitara™ AM437x 处理器的工业网关作为控制器板
  • 基于云的存储(使用AWS或开源物联网服务器KAA)
  • Android智能手机应用程序作为客户端

IoT-SDK为网关/设备以及客户端提供软件组件。设备和客户端中的云服务器接口都是非常抽象的,能够从一个云平台无缝迁移到另一个云平台。IoT-SDK支持亚马逊Web服务(AWS)云集成或开源云服务器KAA实现

工业网关

工业网关是将慢速工业串行总线和物理输入/输出与TCP/IP领域相连的器件。它基于运行Linux®的AM437x处理器片上系统(SoC)进行设计,并具有以下传感器互连选项:

  • RTD:
  • 支持2线,3线,4线连接,工作温度范围为-200°C至+ 850°C
  • 支持铂(Pt100,Pt200,P500,Pt1000),镍(Ni100,Ni120,N200),铜,balco,通用PTC和NTC
  • 热电偶:
  • 支持温度范围:-200°C至+1260°C
  • 支持类型J,K,E,T与N
  • 模拟输入:
  • 支持电压模式(0至10V)和电流模式(0至20mA;4至20mA)
  • +模拟输出:
  • 支持电压模式(-10至10V)和电流模式(0至20mA;4至20mA)
  • 多继电器控制:
  • 电压:230V AC
  • 电流:5A
  • Modbus RTU
  • OBD接口
  • KNX
  • EtherCAT®
  • PROFIBUS

IoT-SDK将系统转换为具有以下功能支持物联网的工业网关:

  • 监视通过物理IO、MODBUS RTU、EtherCAT、KNX等直接连接的传感器的参数/测量。
  • 持续监控所需参数,评估逻辑条件并驱动执行器以实现所需的输出动作。
  • 基于编程定时器的输出控制。
  • 将参数(和事件)记录到远程云存储或本地存储,以获得期望的周期和平均持续时间。
  • 根据需要远程控制执行器,从而使云服务器(或客户端)能够基于业务数据分析驱动期望的输出动作。

云基础设施

云基础设施使用商业化的亚马逊Web服务(AWS)构建,或者可以托管在自定义物联网开源服务器(如KAA)上。

  • AWS或KAA云服务器应配置为管理(启用/禁用)工业物联网网关设备,并支持以下功能:
  • 规则引擎来管理从物联网网关发送的数据,并采取用户定义的操作
  • 将物联网网关数据存储在数据分析所需的NoSQL长期存储中
  • 向移动客户端应用程序提供通知

Android客户端

客户端应用程序为物联网设备及其存储在云服务器中的大数据提供用户界面。客户端应用程序是使用完全提供抽象低层API的IoT-SDK开发的。所有用于与云服务器连接并与物联网设备(网关)接口的业务逻辑都用简单的API抽象化。API可用于:

  • 配置监控功能。
    • 配置日志功能。
    • 配置事件生成和输出控制等的阈值。
    • 查询来自设备以及云存储的信息。
    • 接收从云服务器触发的事件的通知。
    • 从存储在云服务器中的大数据分析和生成有用的报告。
    • 通过云服务器控制设备上的操作。

物联网建立在一系列技术的基础上,包括新旧硬件平台、大数据、云计算和机器对机器(M2M)计算,API将所有这些部分组合在一起。

AM437x处理器片上系统增强了丰富的图形用户界面的3D图形加速功能,以及用于确定性、实时处理的协处理器(PRU-ICSS),包括工业通信协议,如EtherCAT、PROFIBUS、EnDat等。这与目前可用的功能丰富的物联网SDK相结合,使开发人员能够快速构建安全的企业级智能网关,满足诸如智能城市、联网汽车、能源监控、车队管理和健康等工业和家庭自动化应用以外的广泛应用。

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