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物联网的数据类型及其应用

这是一系列文章的第四部分,使用示例智能灌溉项目来探索大多数现实世界控制系统(特别是物联网系统)的问题类型和设计问题随着智能应用使用的连接设备数量的增加,尤其是传感器和执行器的增加,保持系统稳定和高效运行的复?#26377;?#20063;随着时间的推移而提高。

当设备在地理上广泛分?#35760;一肪程?#20214;可能显着不同?#20445;?#36825;种复?#26377;?#20250;进一步放大。

为了减轻用户战略假设与系统动态变化的战术需求之间可能出现的更大差距,设计人员需要更多深入探索数据记录和分析。然而,并非所有数据都是良好的数据,并且随着物联网的成熟,开发人员和设计人员需要辨别?#21592;?#20813;数据过载。

本文将定义三种类型的数据以及如何将其应用于灌溉应用,但它可用于任何智能建筑或工业应用。核心原则是相同的。然后,它将引入一个可用于分布式智能体系结构的控制器,描述其与应用程序相关的显着属性,并概述如何启动和运行它。

智能系统数据类型

智能系统可以通过处理三种类型的数据来支持集中分析或执行本地分析:规划,参考和运营数据。图1显示了一个框图,它将连接的控制器和不同类型的数据相互关联。

物联网的数据类型及其应用

图1:显示三者的方框图数据类型 - 规划,参考和运营 - 以及它们与智能灌溉系统内各种连接控制器的关系。 (使用Digi-Key的Scheme-it?绘制的图表)

虽然系统控制器是计划和参考数据的单一访?#23454;?#26159;有意义的,但它可能是使系统控制器更有意义的是将一些数据分发到连接的设备,以支持大型安装的本地决策。

用户将计划数据输入系统。这包括配置设置,设备拓扑,算法选择和调度信息。本文称这些类型的信息规划数据,因为它记录了用户希望系统执行的操作。当这些数据存在差异?#20445;?#23427;是用户期望与系统?#23548;?#35774;置执行方式之间潜在问题的标志。

在灌溉项目的上下文中,配置设置可能包括有关土壤类型,植物类型,喷洒器类型和日照的信息。相比之下,智能建筑应用程序可能会指定环境和照明控制的工作时间和空闲超时。这些设置可能会影响算法的选择。对于更简单的安装,算法可?#21592;?#25345;静态。更复杂的安装可以?#24066;?#26681;据当前季节的天气模式更改算法。

记录连接设备的拓扑结构可以实现相邻站点之间的协同作用,?#21592;?#23427;们可以利用彼此的操作。例如,在灌溉中,知道风很大可能通过从逆风站开始灌溉和顺风工作可以提供一些效率,同时了解所输送的水分可能会从一个站流到下一个站,从而缩?#25506;?#27700;时间。

计划与执行

参考数据由历史数据和预测数据组成,为系统性能的任何后续分析提供基线。历史数据可以存储在本地或远程访问的数据库中,具体取决于其大小和复?#26377;浴?#39044;测数据为预测系统在短期内可能需要响应的环境变化提供了基础。如果预测数据与历史数据之间几乎没有偏差,那么系统可能会按预期执行。但是,运行数据和历史或预测数据之间很可能会出?#21046;?#24046;,并且这?#21046;?#24046;会随着时间的推移而增加。当发生这?#26234;?#20917;?#20445;?#36816;营商需要重新评估规划数据以更好地适应这些差异。

获取历史数据的最简单方法是收集运营数据并存储?#21592;?#23558;来参考。当运行环境经历一个常规的变化周期(例如季节变化),同时植物和土壤混合物保持稳定?#20445;?#36825;提供了最大的价值。

获取有关环境如何的准确预测数据change支持智能系统的最高效运行。对于智能灌溉系统,有许多天气预报服务可供参考。这些公司将大型气象站网络与广泛的天气信息数据库相结?#24076;?#20026;灌溉系统所在地提供最相关的信息。对于智能建筑应用,访问预测数据的一个示例是系统与会议安排系统集成,例如会议室。

操作性地将它们连接在一起

操作数据表示数据记录活动的核?#27169;?#23427;将两种其他类型的数据与现在和现在的战术现实联系起来。主动算法将基于收集的传感器数据做出资源和执行器决策。在较大的安装中,也可以将收集的传感器数据存储起来供以后分析。

记录收集的传感器数据的过程可以生成和验证消耗报告。消费报告让用户知道系统提高效率的程度,并确定它是否提供了合理安装它的价值。

数据记录还可以与历史数据进行比?#24076;?#20174;而改善系统的性能。能够检测问题?#38382;?#24320;?#23395;?#26089;显现。如果之前遇到过问题,那么历史数据已经包含导致问题的行为,?#24066;?#31995;统更早地识别它。如果以前没有遇到过这个问题,那么运营数据将显示出与预期行为的偏差,这应该标志着运营商调查存在差异的原因。

通过本地内存的灵活性

有几种方法可以执行数据记录。一种方法是在系统运行时将所有收集的数据汇集到中央控制器中。此方法的一个问题是,如果在系统运行时连接设备之间的通信因任何原因发生?#25910;希?#25968;据可能会丢失。

为地理位置分散的应用程序记录数据的更健壮的方法是在每个连接的设备上本地收集和存储数据,然后在?#38498;螅?#26356;方便的时间将其传输到中央控制器。这不仅将系统的主要操作与支持分析功能断开连接,而且还可?#21592;?#25345;站之间的通信线路为专用操作或数据记录打开。

Microchip Technology的PIC18F46K40微控制器(MCU)提供足够的处理和通信性能,以及足够大的本地存储器,以支持大多数规模的灌溉项目的连接设备。 MCU支持多种选项,包括40引脚PDIP或UQFN封装,并可在高达64 MHz的频率?#30053;?#34892;,提供16 MIPS。它们包括高达64k字节的程序闪存,3728字节的数据SRAM和1024字节的数据EEPROM存储器(图2)。

物联网的数据类型及其应用

图2 :Microchip Technology的PIC18F46K40 MCU是处理灌溉项目输入和数据的理想选择。它们还具有高耐用性非?#36164;源?#20648;器,Microchip的XLP低功耗技术以及独立于核心处理器的外设。 (图像来源:Microchip Technology)

程序存储器的闪存单元最多可进行10,000次擦除/写入循环。控制器可以在内部软件控制下写入自己的程序存储空间。位于受保护的引导块中的引导加载程序例程使连接的设备可以在现场更新自身。这使系统能够轻松更新其使用的灌溉/蒸发算法,?#21592;?#20182;们始终从最新的经验教训中获益并融入其中。大程序存储器支持将程序闪存分成两半以支持安全字段更新。

数据EEPROM的额定最大擦除/写入周期为100k。大而高耐久性的非?#36164;源?#20648;器?#24066;?#31995;统安全地收集和存储各种数据。大数据存储器使每个控制器能?#36824;?#29702;和存储扩展传感器组的数据。它还使系统能够在本地存储和保留数据更长的时间,因为多代操作数据可以同时驻留在数据存储器中。

这些微控制器具有Microchip的超低功耗特性(XLP)技术支持1.8 V时低至50 nA的典型睡眠电流。虽然系统可通过线路提供电源,但这样可以使安装延长每个连接设备的任何电池供电备份的使用寿命。独立核心外设能够在没有代码或微控制器CPU监督的情况下处理其任务,?#21592;?#25345;运行。

Microchip的PIC18Fxxxxx微控制器能够以最少的连接和外部组件工作(图3) 。必须连接所有VDD和VSS引脚。如果电源走线长度超过六(6)英寸,则设计应使用储能电容器为本地电源供电。设计人员应根据连接电源和设备的走线电阻以及器件运行时器件消耗的最大电流来确定槽电容的大小。

物联网的数据类型及其应用

图3:使用Microchip PIC18F46K40微控制器的建议最小连接图。 (图像来源:Microchip Technology)

除电源引脚外,设计人员还必须连接 MCLR 引脚(主?#27425;唬员?#24494;控制器可以支?#21046;?#20214;?#27425;?#21644;器件编程和调试。添加所示组件有助于提高应用程序对电压暂降的虚假?#27425;?#30340;抵抗力。 R1和C1的具体值需要根据应用和PCB要求进行调整。与 MCLR 引脚相关的任何元件都应放置在引脚的0.25英寸(6 mm)?#27573;?#20869;。

如果微控制器支持在线串行编程和调试,还必须连接PGC和PGD引脚(图3中未明确显示)。保持连接器和引脚之间的距离尽可能短。建议不要在这些引脚上使用上拉电阻,串联二极管和电容,因为它们会干扰编程器/调试器与器件的通信。但是,如果在最终设计中需要它们,则应在编程和调试期间将其删除。

结论

物联网时代的电子和嵌入式系统开发人员越来越需要理解和优化数据。但是,知道并非所有数据都必须是良好的数据,获取正确的数据对提高系统效率至关重要。

本文讨论了获取和应用三种类型的数据:规划数据告诉系统用户如?#31283;?#20026;系统配置及其运行方式。参考数据为系统提供了预期系统行为的基础。最后,操作数据关闭控制循环,?#21592;?#29992;户和系统可?#21592;?#36739;和分析系统的?#23548;市?#20026;及其预期行为,以?#19994;?#25552;高稳定性和提高效率的机会。

使用分布式处理方法低功耗MCU,设计人员可以平衡处理能力,低功耗?#32479;?#26412;。 PIC18F46K40就是这样一款MCU。此外,它具有足够的非?#36164;源?#20648;器来收集,维护和使用数据。它还有助于MCU从主处理单元卸载一些外设功能,以减少延迟并提高整体系统效率。

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当初迁移CSDN的博客到OSCHINA的主要原因是CSDN的博客加载速度慢,而且隔三差五的不能写文章....
的头像 工程师人生 发表于 02-20 14:25 ? 428次 阅读
一位嵌入式工程师的自述

嵌入式工程师的发展前景与现状

根据IEEE(国际电气和电子工程师协会)的定义,嵌入式系统是“控制、监控或者辅助设备、机器?#32479;?#38388;运行....
的头像 工程师人生 发表于 02-20 14:18 ? 398次 阅读
嵌入式工程师的发展前景与现状

嵌入式工程师的发展方向有哪些

嵌入式工程师分布在各行各业上面。这其中包括了消费电子、工业电子、汽车电子和军用电子等?#21462;?#20174;功能上面看....
的头像 工程师人生 发表于 02-20 14:12 ? 454次 阅读
嵌入式工程师的发展方向有哪些

一款嵌入式物联网开发神器---Microchip的 CEC1x02开发板

这里请大家注意,CEC1x02开发板有两个扩展排针兼容MikroElektronika MikroB....
的头像 贸泽电子设计圈 发表于 02-20 10:06 ? 1025次 阅读
一款嵌入式物联网开发神器---Microchip的 CEC1x02开发板

全球车用嵌入式影像传感器市场需求暴增,复合成长?#24335;?#36798;19%

预期原先仅配备在高级汽车中的环景影像(surround view)功能,将会在未来5~6年内被广泛采....
发表于 02-19 16:21 ? 162次 阅读
全球车用嵌入式影像传感器市场需求暴增,复合成长?#24335;?#36798;19%

物联网与嵌入式系统在人工智能时代如何发展

作为支撑人工智能、物联网和5G 发展,作为连?#26377;?#29255;与应用粘结剂的嵌入式技术也将迎来新的机遇。
的头像 嵌入式资讯精选 发表于 02-19 15:07 ? 694次 阅读
物联网与嵌入式系统在人工智能时代如何发展

浅析七款嵌入式Linux操作系统

除了智能数?#31181;?#31471;领域以外,Linux在移动计算?#25945;ā?#26234;能工业控制、金融业终端系统,甚至军事领域都有着....
发表于 02-19 14:58 ? 232次 阅读
浅析七款嵌入式Linux操作系统

下一代Armv8.1-M架构能够提升最小型边缘设备的机器学习能力

Arm Helium技术作为一种全新的M-Profile Vector Extension矢量扩充方....
发表于 02-19 13:58 ? 597次 阅读
下一代Armv8.1-M架构能够提升最小型边缘设备的机器学习能力
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