物联网(IIoT)为设备提供了一个平台，可以共享比以前多得多的数据，从而使过程、机器和维护计划更加复杂的控制和管理。传统的数据收集方法，如SCADA，在这种方法中，被动传感器将原始数据传输回中央控制器，预计将会给IIoT解决方案提供更快速的响应时间、高效的数据收集能力和大数据服务，如预测性维护和自治系统自优化。
将数据收集到SCADA系统中的图像。
图1:将数据收集到SCADA系统中是复杂的，分析能力相对有限。
图1展示了传统的工业传感器网络，SCADA系统接收和处理传感器数据，并负责后续的决策。在IIoT实现的新模型中，嵌入式智能处理本地传感器数据，以实时做出与完成当前流程相关的决策。此外，细化的传感器信息将被转发到云。在这里，大数据应用程序根据从整个传感器网络接收到的全部信息进行深度分析。
在云计算中进行的分析能够识别出人类操作员或分析人员无法检测到的趋势和模式，从而产生更高级的智能，使流程、设备、工厂和企业能够更有效、更高效、更有效地运行。例如，典型的基于云的分析服务对制造企业有用，例如，可能包括生成诊断数据、自动重新优化设备设置、订购新设备或机器部件、调度维护和管理查询或报告服务。通过这种方式，IIoT将使企业能够提高生产率、降低成本、减少停工和服务成本，并在整个业务中共享更多和更好的情报，以指导战略决策。
IoT世界论坛(IOTWF)提供了一个参考模型，如图2所示，它描述了IoT的各个层，并帮助可视化它们的相关角色。该模型的基础是物理设备和控制器，包括智能传感器等智能边缘节点。
IOTWF参考模型的图像。
图2:IOTWF参考模型描述了IIoT的结构。
聪明的边缘节点
智能传感器对于实现IIoT的目标至关重要。弹出一个智能传感器设计、离散传感器可以直接连接到单片机I / o,或通过一个模拟接口组成离散的组件或模拟前端(AFE)IC。单片机上运行应用程序负责解释传感器数据为了控制传感器的直接反应和照顾转发传感器数据到云上。
考虑建立一个基于热电偶的智能温度传感器，例如Crouzet 79696034。低电压热电偶信号必须被放大并转换成数字表示，使用离散的ADC或单片机的集成转换器。模拟设备已经发布了一个参考设计，CN0209，用于一个完整的过程控制模拟前端，包括电压传感，4-20 mA电流传感，热电偶传感。热电偶的输入采用模拟装置AD7193 ADC的最高增益设置，并使用ADT7310 16位温度传感器IC，通过测量导线连接到板上的温度来提供必要的热电偶冷结补偿。另外，AD8617放大器提供了热电偶测量所需的参考电压。
采用另一种方法，MAX31850是一个完整的热电偶数字前端，具有冷连接补偿和参考电压生成(图3)。它有两个热电偶输入和1线数字输出。该设备有一个VDD别针，但也可以仅从1线连接的情况下绘制它的操作能力，如果需要的话。唯一需要的其他连接是四个地址插脚，允许多达16个热电偶在相同的1线数据线上，这可以连接到一个微控制器的数字输入。
马克西姆MAX31850的图需要最小的外部电路。
图3:MAX31850需要最小的外部电路连接到智能传感器主机微控制器。
为了进一步简化开发，Adafruit 1727是一个评估板，设计用于将MAX31850连接到k型热电偶，像Crouzet 79696034。该板有一个双针终端块，可以方便地插入热电偶引线，根据1线协议需要一个数据线拉升电阻器，以及插入一个原型板的pin头。Adafruit还发布了与MAX31850数据格式兼容的库，例如github.com/adafruit。图4显示了用于设置传感器分辨率和收集温度数据的示例代码的摘录。
//将分辨率设置为9位(每个Dallas/Maxim设备都有几个不同的分辨率)
传感器。setResolution(insideThermometer 9);
系列。打印(“设备0决议:”);
并同时sensors.getResolution(insideThermometer)、12月);
以();
}
//可以打印设备的温度。
空白printTemperature(DeviceAddress DeviceAddress)
{
//方法1 -较慢。
/ /串行。打印(“临时C:”);
/ /并(sensors.getTempC(deviceAddress));
/ /串行。打印(“临时F:”);
/ /并(sensors.getTempF(deviceAddress));//再次调用getTempC，然后转换为华氏温度。
//方法2 -更快。
浮动tempC = sensors.getTempC(deviceAddress);
系列。打印(“临时C:”);
并同时tempC);
系列。打印(“临时F:”);
以DallasTemperature:toFahrenheit(tempC));//将tempC转换为华氏温度。
图4:示例伪代码用于Adafruit MAX31850 board。
智能传感平台
另一方面，使用B+B SmartWorx Wzzard智能感知平台，可以避免许多与构建智能传感器相关的设计挑战。一个初学者工具包可用(图5)，其中包括连接到一个蜂窝或以太网网络的网关，以及一组智能边缘节点，为各种传感器提供输入，如模拟和数字输入、加速度计输入、J或k型热电偶输入。各种连接传感器的方式都得到了支持，每个节点都使用IEEE 802.15.4e无线网络技术来连接到网关。通信是通过MQTT IoT协议和开放标准的JSON (JavaScript对象表示法)轻量级数据交换格式进行的。MQTT是一种轻量级的机器对机器协议，它具有许多IoT应用程序的优点，例如小代码占用、低网络带宽需求和低功耗。根据传感器采样和报告速率，每个节点提供的2.4 Ah电池可以持续数年。
B+B SmartWorx可配置智能边缘节点的图像。
图5:可配置的智能边缘节点和移动/以太网网关。
只要遵守一些基本规则,如确保每个边缘节点范围内至少有三个其他设备,和至少三个“first-hop”设备范围内的网关,可以自我Wzzard网状网络形成,自我管理和自我优化。在理想条件下，节点的范围可以达到1000米甚至更多。个别节点的配置数据,如校准和扩展信息,节点名和其他信息,比如地理位置可以通过使用一个Android智能手机或平板电脑通过蓝牙连接到节点®勒。
Wzzard网络可以连接立即Autodesk®SeeControl,基于订阅的,可伸缩的物联网云服务允许用户配置分析使用简单的拖放传感器信息转换成商业智能。Wzzard还可以连接到IBM Bluemix云应用程序平台。
结论
在IIoT捕获数据边缘的智能传感器，对于实时管理工业设备和为关注从数据中提取智能以支持更高层次的企业目标的云应用程序来说，是至关重要的。各种制造智能传感器的方法都是可行的，利用参考设计，集成前端设备，容易连接到微控制器，或使用可配置的智能传感平台。