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长距离汇流排:推动此科技的行业要求
 

【作者: Sreedharan Bhaskaran】2021年06月03日 星期四

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根据MarketsAndMarkets公司的研究,预计全球物联网市场将从2017年的235亿美元增长到2021年的5200亿美元,占年复合增长率的22%。随着工业4.0和物流4.0的实施,预计在整个十年内,这种高增长情?将持续下去因此,生产力的提高、过程效率的提高、设备停机时间的缩短和劳动力的?少都将得以实现。


一个物联网系统通常由三部分组成,分别是感测器和执行器的网络,它们再连接到一个闸道。该闸道则连接到云端。感测器获取的数据将在闸道中进行整理,并转发到云端,然後在云端进行处理和分析。


控制消息从云端流向闸道,闸道有效地充当云端与网络边缘的感测器/执行器设备之间的中继。一些闸道包含处理功能。这有助於?少所需的资料传输,因此没有过度堵塞的风险。这也意味着实?响应可以从中受益,从而避免了数据必须返回到基於云端的系统,然後返回响应消息的延迟。这种闸道称为边缘处理器。


基於云端的处理和储存资源使数据能?被仔细检查或显示在仪表板上。它还可以处理警报-可以发送短讯、电子邮件或推送通知到相关设备,从而采取接下来的动作。


部署由感测器和执行器组成的物联网系统并非没有挑战。工程师面临的一些挑战与感测器/执行器与指定闸道的距离或指定区域中感测器/执行器的密度有关。通讯基础设施的速度、安全性和运行可靠性可能带来其他挑战。


最後,还有网络的供电要考虑。


距离问题主要通过部署无线感测器来解?,然而,在工业环境中,这并不总是可能的,因为混凝土和钢建筑结构会阻碍和降低信号强度。以更高的功率水准传输将意味着电池耗尽过快(因此新增了相关的维护成本,因为电池需要更频繁地更换)。


此外,来自其他设备的EMI杂讯可以影响无线通讯的有效性,并且这种传输相对容易被协力厂商窥探。因此,在工业环境中,采用有线解决方案通常更为合适。


为了解?上述问题,Bridgetek研发长距离感测器汇流排(LDSBus)。这是一个供电和差分串列汇流排,有效传输距离达200米。主机单元通过汇流排将电源分配给连接到汇流排的所有周边感测器/执行器单元。汇流排的供电电压为24伏,一个主机单元管理和监督从机单元,称为LDSBus单元(LDSUs)。感测器和致动器可连接至汇流排并由主机控制。汇流排以230kbps的资料速率运行,并提供足?的频宽来控制汇流排上多达127个LDSU。


LDSBus架构允许LDSU包含多达10个感测器和/或执行器。Bridgetek已经为客户开发了LDSU感测器和执行器。这些是:


· 4合1感测器,内建温度、湿度、环境光和运动感测功能,所有这些功能都封装在紧凑的机壳中。


· 室内空气品质(IAQ)感测器,用於量测和监测建筑物、工作区和工业场地内的空气品质水准。


· 基於热电偶的温度感测器,能?监测极端温度(高达摄氏1372度)


· 用於光合作用过程监测(在智慧农业应用中)或用於监测员工工作环境(在日常工作环境检测应用中)的二氧化碳气体感测器。


· 用於检测压力变化的压力传感感测器。


· 土壤湿度、pH值和电导率量测感测器,用於监测精确的营养状况,以获得最隹作物产量(同样,与智慧农业相关)。


可用於LDSBU的其他形式的硬体项目,包括:


· 用於控制/调光照明的LED後缘调光器


· 用於泵和电机控制的开/关继电器。


· 用於控制红外设备的红外控制器。


汇流排主干中的LDSU连接点是通过将高压T形接头??入汇流排段来创建的。每个接头都由一个上行和下行RJ-45连接器组成,用於扩展24V主干。该骨干由Cat5E电缆构成。4个RJ11/RJ12连接器的阵列可连接多达4个LDSU。高压T型接头将24V电源转换为适合LDSU的5V电源。汇流排上的最後一个LDSU(离主机最远的LDSU)必须启用其汇流排终端以保持稳定的通信。


Bridgetek LDSBus的供电无需电池,因此节省了更换电池的相关劳动力。传输的差分特性确保了高共模杂讯抑制(这可以缓解EMI问题),而汇流排的有线特性意味着「中间人」无线监听不再是一个问题。三个汇流排(每个汇流排半径200米)可以覆盖12个足球场。LDSBU可以包含多达381个LDSU(或3810个感测器和执行器),因此可以实现高节点密度。


为了支持所涉及的硬体,Bridgetek提供了一个称为LDSU程式设计实用程式的软件实用程式。这可以程式设计LDSU地址、名称和终端。Python脚本和Bridgetek LDSBus库的范例演示了如何在Windows、Linux或Raspberry-Pi上实现LDSBus源单元(主端)。


(本文作者Sreedharan Bhaskaran为Bridgetek软体工程总监)


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