隨著工業(yè) 4.0 和物流 4.0 實(shí)施的推出，預(yù)計(jì)這種高水平的增長(zhǎng)將在整個(gè)十年中持續(xù)下去 - 結(jié)果是生產(chǎn)力的提高、流程效率的提高、設(shè)備停機(jī)時(shí)間的縮短和勞動(dòng)力的減少。傳感器和換能器成本的下降、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的增加以及更大的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)是有助于加速物聯(lián)網(wǎng)部署活動(dòng)的進(jìn)一步因素。

　　任何物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)都將由三個(gè)部分組成。這些是連接到網(wǎng)關(guān)的傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)關(guān)隨后連接到云。傳感器獲取的數(shù)據(jù)將在網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行整理并轉(zhuǎn)發(fā)到云端，然后可以在云端進(jìn)行處理和分析?？刂葡脑屏飨蚓W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)有效地充當(dāng)云和網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器/執(zhí)行器設(shè)備之間的中繼。一些網(wǎng)關(guān)包含處理能力。這有助于減少所需的數(shù)據(jù)傳輸，從而不存在過(guò)度擁塞的風(fēng)險(xiǎn)。這也意味著可以受益于實(shí)時(shí)響應(yīng)，從而防止數(shù)據(jù)延遲必須一直返回到基于云的系統(tǒng)，然后才能返回響應(yīng)消息。這樣的網(wǎng)關(guān)被稱為邊緣處理器。基于云的處理和存儲(chǔ)資源使數(shù)據(jù)能夠被審查或顯示在儀表板上。它還處理警報(bào)——可以作為短信、電子郵件或推送通知發(fā)送到相關(guān)設(shè)備，以便采取行動(dòng)。

　　部署傳感器和執(zhí)行器的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。工程師面臨的一些挑戰(zhàn)與傳感器/執(zhí)行器與其指定網(wǎng)關(guān)的距離或給定區(qū)域中傳感器/執(zhí)行器的密度有關(guān)。通信基礎(chǔ)設(shè)施的速度、安全性和運(yùn)行可靠性可能會(huì)帶來(lái)其他挑戰(zhàn)。最后，還要考慮網(wǎng)絡(luò)的供電。范圍主要通過(guò)部署無(wú)線傳感器來(lái)解決，然而，在工業(yè)環(huán)境中，這并不總是可行的，因?yàn)榛炷梁弯摻Y(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)會(huì)阻礙和降低信號(hào)強(qiáng)度。以更高的功率水平發(fā)射將意味著電池耗盡過(guò)快（因此增加了相關(guān)的維護(hù)成本，因?yàn)殡姵匦枰l繁地更換）。此外，來(lái)自其他設(shè)備的 EMI 噪聲會(huì)影響無(wú)線通信的有效性，并且此類(lèi)傳輸相對(duì)容易被第三方窺探。因此，在工業(yè)環(huán)境中采用有線解決方案通常更合適。

　　為了解決剛才概述的問(wèn)題，Bridgetek 開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)距離傳感器總線 （LDSBus）。這是一種供電和差分串行總線，可以在最遠(yuǎn) 200m 的距離上運(yùn)行。主機(jī)單元通過(guò)總線將電源分配給連接到總線的所有外圍傳感器/執(zhí)行器單元?？偩€采用 24V 供電，單個(gè)主機(jī)單元管理和監(jiān)督從屬單元，稱為 LDSBus 單元 （LDSU）。傳感器和執(zhí)行器可以連接到總線并由主機(jī)控制。該總線以 230kbps 的數(shù)據(jù)速率運(yùn)行，并提供足夠的帶寬來(lái)控制總線上多達(dá) 127 個(gè) LDSU。

　　LDSBus 架構(gòu)允許 LDSU 包含多達(dá) 10 個(gè)傳感器和/或執(zhí)行器。Bridgetek 為客戶實(shí)施開(kāi)發(fā)了其 LDSU 傳感器和執(zhí)行器。這些是：

　　包含溫度、濕度、環(huán)境光和運(yùn)動(dòng)感應(yīng)功能的 4 合 1 傳感器，所有這些功能都封裝在一個(gè)緊湊的外形尺寸中。

　　室內(nèi)空氣質(zhì)量 （IAQ） 傳感器，用于測(cè)量和監(jiān)控建筑物、工作空間和工業(yè)場(chǎng)所內(nèi)的空氣質(zhì)量水平。

　　基于熱電偶的溫度傳感器，能夠監(jiān)測(cè)極端溫度（最高 1372°C）。

　　用于光合作用過(guò)程監(jiān)測(cè)（在智能農(nóng)業(yè)環(huán)境中）或用于監(jiān)測(cè)員工健康（在日常工作環(huán)境中）的 CO2 氣體傳感器。

　　壓力傳感傳感器檢測(cè)壓力變化。

　　土壤水分、pH 值和電導(dǎo)率測(cè)量傳感器，用于監(jiān)測(cè)精確的養(yǎng)分水平以實(shí)現(xiàn)最佳作物產(chǎn)量（同樣，與智能農(nóng)業(yè)相關(guān)）。

　　Bridgetek 還開(kāi)發(fā)了可與 LDSBus 一起使用的其他形式的硬件。這些項(xiàng)目包括：

　　用于控制/調(diào)光照明的后緣 LED 調(diào)光器。

　　用于泵和電機(jī)控制的開(kāi)/關(guān)繼電器。

　　用于控制紅外設(shè)備的紅外控制器。

　　LDSU 連接到總線主干的點(diǎn)是通過(guò)將高壓 T 形接頭插入總線段來(lái)創(chuàng)建的。這些接頭中的每一個(gè)都包含一個(gè)上游和下游 RJ-45 連接器，用于擴(kuò)展 24V 主干。該骨干網(wǎng)由 Cat5E 布線構(gòu)建而成。一組 4 個(gè) RJ11/RJ12 連接器可以連接多達(dá) 4 個(gè) LDSU。高壓 T 型結(jié)將 24V 電源轉(zhuǎn)換為適合 LDSU 的 5V 電源。總線上的最后一個(gè) LDSU（離主機(jī)最遠(yuǎn)的一個(gè)）必須啟用其總線終端以保持穩(wěn)定的通信。

　　Bridgetek LDSBus 的供電主干消除了對(duì)電池和必須分配給電池更換的相關(guān)勞動(dòng)力的需求。傳輸?shù)牟罘痔匦源_保了高共模噪聲抑制（減輕了 EMI 問(wèn)題），而總線的有線特性意味著“中間人”無(wú)線監(jiān)聽(tīng)不再是一個(gè)問(wèn)題。三輛公共汽車(chē)（每輛有200m的徑向范圍）可以覆蓋12個(gè)足球場(chǎng)的面積。LDSBus 最多可包含 381 個(gè) LDSU（或 3810 個(gè)傳感器和執(zhí)行器），因此可以實(shí)現(xiàn)高節(jié)點(diǎn)密度。

　　為了支持所涉及的硬件，Bridgetek 提供了一個(gè)名為 LDSU Programming Utility 的軟件實(shí)用程序。這可以對(duì) LDSU 地址、名稱和終止進(jìn)行編程。示例 Python 腳本和 Bridgetek LDSBus 庫(kù)演示了如何在 Windows、Linux 或 Raspberry Pi 上實(shí)現(xiàn) LDSBus 主機(jī)（主機(jī)）。

　　審核編輯：郭婷