工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）為設(shè)備提供了一個平臺，可以分享比以往更多的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對流程，機器和維護計劃的更復雜的控制和管理。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，如SCADA，其中被動傳感器將原始數(shù)據(jù)傳回中央控制器，預計將讓位于IIoT解決方案，可提供更快的響應時間，高效的數(shù)據(jù)收集能力和大數(shù)據(jù)服務，如預測性維護自治系統(tǒng)自我優(yōu)化。

圖1：將數(shù)據(jù)收集到SCADA系統(tǒng)中非常復雜，分析能力相對有限。

圖1說明了傳統(tǒng)的工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中SCADA系統(tǒng)接收并處理傳感器數(shù)據(jù)，并負責后續(xù)決策。在IIoT實現(xiàn)的新模型中，嵌入式智能在本地處理傳感器數(shù)據(jù)，以便與完成當前流程相關(guān)的實時決策。此外，精致的傳感器信息將被轉(zhuǎn)發(fā)到云端。在這里，大數(shù)據(jù)應用程序基于從整個傳感器網(wǎng)絡(luò)收到的全套信息執(zhí)行深度分析。

在云中執(zhí)行的分析能夠識別人類操作員或分析師無法檢測到的趨勢和模式，生成更高級別的智能，使流程，設(shè)備，工廠和企業(yè)能夠更高效，更高效，更具成本效益地運營。例如，對制造企業(yè)有用的典型的基于云的分析服務可以包括生成診斷數(shù)據(jù)，自動重新優(yōu)化設(shè)備設(shè)置，訂購新的供應品或機器部件，安排維護以及管理查詢或報告服務。通過這種方式，IIoT將使企業(yè)能夠提高生產(chǎn)力，降低成本，減少停工和服務成本，并在整個企業(yè)中分享更多更好的情報，以指導戰(zhàn)略決策。

物聯(lián)網(wǎng)世界論壇（IOTWF）已經(jīng)提供了一個參考模型，如圖2所示，它描述了物聯(lián)網(wǎng)的各個層，并幫助可視化它們的相關(guān)角色。該模型的基礎(chǔ)是物理設(shè)備和控制器，包括智能傳感器等智能邊緣節(jié)點。

圖2：IOTWF參考模型描述了IIoT的結(jié)構(gòu)。

智能邊緣節(jié)點

智能傳感器對于實現(xiàn)IIoT的目標至關(guān)重要。為了實現(xiàn)智能傳感器設(shè)計，離散傳感器可以直接連接到微控制器I/O，或通過包含分立元件或模擬前端（AFE）IC的模擬接口。在微控制器上運行的應用程序負責解釋傳感器數(shù)據(jù)，以便控制傳感器的即時響應，并負責將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云端。

考慮構(gòu)建基于a的智能溫度傳感器熱電偶如Crouzet 79696034.必須使用分立ADC或微控制器的集成轉(zhuǎn)換器（如果可用）將低壓熱電偶信號放大并轉(zhuǎn)換為數(shù)字表示。 ADI公司發(fā)布了一個參考設(shè)計CN0209，用于完整的過程控制模擬前端，具有各種輸入，包括電壓檢測，4-20 mA電流檢測和熱電偶檢測。熱電偶輸入使用ADI公司最高增益設(shè)置AD7193 ADC，并使用ADT7310 16位溫度傳感器IC通過測量導線連接到電路板的溫度來提供必要的熱電偶冷端補償。此外，AD8617放大器提供熱電偶測量所需的參考電壓。

采用另一種方法，Maxim MAX31850是一個完整的熱電偶至數(shù)字前端，具有冷端補償和參考電壓生成內(nèi)置（圖3）。它有兩個熱電偶輸入和一個1-Wire數(shù)字輸出。該器件具有VDD引腳，但如果需要，也可以僅通過1-Wire連接獲取其工作功率。唯一需要的其他連接是四個地址引腳，在同一條1-Wire數(shù)據(jù)線上最多允許16個熱電偶，可以連接到微控制器的數(shù)字輸入。

圖3：MAX31850需要最少的外部電路連接到智能傳感器主機微控制器。

為了進一步簡化開發(fā)，Adafruit 1727是一款評估板，用于將MAX31850連接到K- Crouzet 79696034型熱電偶。電路板有一個雙針接線端子，可以方便地插入熱電偶引線，1-Wire協(xié)議所需的數(shù)據(jù)線上拉電阻，以及用于插入原型的引腳接頭板。 Adafruit還在github.com/adafruit上發(fā)布了與MAX31850數(shù)據(jù)格式兼容的庫，以及示例。圖4顯示了用于設(shè)置傳感器分辨率和收集溫度數(shù)據(jù)的示例代碼摘錄。

//將分辨率設(shè)置為9位（每個達拉斯）/Maxim器件具有多種不同的分辨率）

sensors.setResolution（insideThermometer，9）;

Serial.print（“器件0分辨率：” ）;

Serial.print（sensors.getResolution（insideThermometer），DEC）;

Serial.println（）;

}

//打印設(shè)備溫度的功能

< p> void printTemperature（DeviceAddress deviceAddress）

{

//方法1 - 慢

//Serial.print（“Temp C：”）;

//Serial.print（ sensors.getTempC（deviceAddress））;

//Serial.print（“Temp F：”）;

//Serial.print（sensors.getTempF（deviceAddress））;//第二次調(diào)用getTempC，然后轉(zhuǎn)換為Fahrenheit

//方法2 - 更快

float tempC = sensors.getTempC（deviceAddress）;

Serial.print（“Temp C：”）;

Serial.print（tempC）;

Serial.print（“Temp F：”）;

Serial.println（DallasTemperature :: toFahrenheit（tempC））;//將tempC轉(zhuǎn)換為Fahrenheit

圖4：與Adafruit MAX31850板一起使用的偽代碼示例。

智能傳感平臺

另一方面，與構(gòu)建智能傳感器相關(guān)的許多設(shè)計挑戰(zhàn)可能是完全避免使用B + B SmartWorx Wzzard智能傳感平臺。提供入門工具包（圖5），其中包括用于連接蜂窩或以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，以及一組智能邊緣節(jié)點，為各種傳感器提供輸入，如模擬和數(shù)字輸入，加速度計輸入和J或K型熱電偶輸入。支持物理連接傳感器的各種方式，并且每個節(jié)點使用支持SmartMeshIP無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的IEEE 802.15.4e無線電連接到網(wǎng)關(guān)。通過MQTT IoT協(xié)議和開放標準JSON（JavaScript Object Notation）輕量級數(shù)據(jù)交換格式進行通信。 MQTT是一種輕量級的機器對機器協(xié)議，對物聯(lián)網(wǎng)應用具有許多優(yōu)勢，例如代碼占用空間小，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求低，功耗低。根據(jù)傳感器采樣和報告速率，每個節(jié)點提供的2.4 Ah電池可以使用長達數(shù)年。

圖5：可配置的智能邊緣節(jié)點和蜂窩/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

只要遵守一些基本規(guī)則，例如確保每個邊緣節(jié)點在至少三個其他設(shè)備的范圍內(nèi)，并且至少有三個“第一跳” “設(shè)備在網(wǎng)關(guān)范圍內(nèi)，Wzzard網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可以自我形成，自我管理和自我優(yōu)化。在理想條件下，節(jié)點可以具有多達1000米或更多的范圍。可以使用通過藍牙? LE連接到節(jié)點的Android智能手機或平板電腦來完成各個節(jié)點的配置數(shù)據(jù)，例如校準和縮放信息，節(jié)點名稱以及地理定位等其他信息。

Wzzard網(wǎng)絡(luò)可以立即連接到Autodesk ? SeeControl，這是一種基于訂閱的可擴展物聯(lián)網(wǎng)云服務，允許訂戶使用簡單的拖放功能配置分析，將傳感器信息轉(zhuǎn)換為商業(yè)智能。 Wzzard還可以連接到IBM Bluemix云應用程序平臺。

結(jié)論

IIoT邊緣的智能傳感器捕獲數(shù)據(jù)，這對于實時管理工業(yè)設(shè)備至關(guān)重要并提供專注于從數(shù)據(jù)中提取智能的云應用程序，以支持更高級別的企業(yè)目標。構(gòu)建智能傳感器的各種方法都是可行的，利用參考設(shè)計，可輕松連接到微控制器的集成前端設(shè)備，或使用可配置的智能傳感平臺。