🍖 👩🏼‍💻 ⛸️ आईओटी-आई-आईटीटी आर्किटेक्चर का निर्माण कैसे करें। भाग 2: "चीजें" 👨🏾‍🌾 🎀 👋🏾

पिछले लेख में, हमने Apache NiFi प्रोजेक्ट का उपयोग करके IoT डेटा के संगठन और प्रसंस्करण की संक्षिप्त समीक्षा की। इस लेख के साथ, हम एक श्रृंखला खोल रहे हैं जिसमें हम प्रत्येक चरण के बारे में विस्तार से बात करेंगे, डिवाइस से खुद से डेटालेक प्लेटफॉर्म एनालिटिक्स, मशीन लर्निंग, विसंगति की भविष्यवाणी आदि।

अब आइए संक्षेप में, IoT से अक्षर T, सीधे "चीजों" के पहले स्तर से शुरू करते हैं। डिवाइस से ही, संचार चैनल का संगठन और एमक्यूटीटी प्रोटोकॉल का उपयोग। IoT का चलन कई वर्षों से है, लेकिन अधिकांश भाग इसके लिए एक प्रकाश बल्ब और एक सॉकेट के रूप में हैं जो फोन से चालू होता है। लेकिन उत्पादन, खनन, और कई अन्य उद्योगों में दशकों से, सेंसर की एक विस्तृत विविधता का उपयोग किया गया है, जिनमें से मान उत्पादन एससीएडीए में एकत्र किए जाते हैं। बस डेटा स्ट्रीम को इंटरनेट से कनेक्ट करें, और हम एक ही IoT, अधिक सटीक IIoT - चीजों के औद्योगिक इंटरनेट प्राप्त करते हैं।

यह सब आवश्यक क्यों है अगर इन सभी दशकों में स्काडा सफलतापूर्वक उत्पादन चक्र का प्रबंधन करता है?

इसके कई कारण हैं:

सेंसर के उपयोग की संभावनाएं विस्तार कर रही हैं, उदाहरण के लिए, लॉजिस्टिक्स, जहां एक विशिष्ट ट्रक या कार पर एक स्थान सेंसर स्थापित किया गया है, साथ ही साथ विभिन्न अतिरिक्त, जैसे ईंधन की खपत या डाउनटाइम (स्टेशन पर प्रतीक्षा करते समय कार के हुक होने पर) - ये सभी स्थानीय उत्पादन नेटवर्क से परे जाते हैं
उपकरणों पर सेंसर की संख्या बढ़ रही है, उन्हें अधिक जटिल प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, जो हमेशा उद्यम क्षमताओं द्वारा नहीं किया जा सकता है
कंप्यूटिंग शक्ति की वृद्धि के कारण विकसित मशीन लर्निंग और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस की क्षमताओं का उपयोग उत्पादन के अनुकूलन, अड़चनों की खोज और विसंगतियों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है।

नतीजतन, उत्पादन में सेंसर अब केवल SCADA को मूल्य नहीं भेज रहे हैं। हमें एक सॉफ्टवेयर आर्किटेक्चर की आवश्यकता है जो हमें किसी भी मशीन पर एंडिंग सेंसर से कंप्यूटिंग क्लाउड तक एक श्रृंखला बनाने की अनुमति देगा, जिसमें मशीन के इतिहास के आधार पर, प्रशिक्षित मॉडल का उपयोग करके, सेवा कर्मियों को एक संदेश प्राप्त होगा "तंत्र की विफलता का 37% मौका, आपको एक इंजीनियर भेजने की आवश्यकता है "।

खैर अब वापस चीजों पर! आमतौर पर, ऐसी प्रणालियों को प्रदर्शित करने के लिए, एक उद्योग के ऐतिहासिक सेंसर संकेतकों के खुले सेट का उपयोग किया जाता है। लेकिन दुर्भाग्य से, इस विकल्प में, "टच" सिस्टम काम नहीं करता है। नहीं, हम कारखाने में नहीं आए हैं, लेकिन हम अपनी सरल "इंटरनेट के साथ बात" करेंगे।

हमारी गतिविधि का क्षेत्र सर्वर इन्फ्रास्ट्रक्चर से संबंधित है, लेकिन हमारे पास अभी भी कुछ शौक-इलेक्ट्रॉनिक कौशल हैं, इसलिए "बात" घर-निर्मित होगी।
हम सबसे सरल निगरानी विकल्प का चयन करेंगे - जलवायु संवेदक, हम तापमान, आर्द्रता और दबाव पर डेटा एकत्र करेंगे।

घटक आधार

हम सेंसर के रूप में BMP280 लेते हैं।

एक बहुत ही परिष्कृत चीज, न केवल मौसम डेटा के लिए डिज़ाइन की गई, बल्कि एक संवेदनशील बैरोमीटर के लिए धन्यवाद, जीपीएस सहायता के लिए, बिल्डिंग में नेविगेशन के लिए (फर्श का निर्धारण), गेम के लिए एक्सेलेरोमीटर की मदद के लिए। हम इसका उपयोग केवल मौसम के आंकड़ों के लिए करेंगे।

मॉड्यूल के रूप में लें:

नियंत्रक और संचार चैनल दोनों के रूप में, हम पहले से ही एक पंथ, esp8266 ( https://en.wikipedia.org/wiki/ESP8266 ) ले लेंगे।

हमारे मामले में, ESP-07 मॉड्यूल:

बिजली की आपूर्ति एक 9Vville बैटरी है। चूंकि सभी डिवाइस 3.3V से काम करते हैं, इसलिए स्टेप-डाउन कनवर्टर की आवश्यकता होती है। हर किसी का पसंदीदा रैखिक LD1117 डालने के लिए एक हाथ सामने आता है :

लेकिन लीनियर कनवर्टर को कम करने वाला यह है कि यह केवल गर्मी में फैलता है। Esp8622 का चरम वर्तमान लगभग 0.4A है, जिसका अर्थ है एक रैखिक कनवर्टर (9-3.3) * 0.4 = 2.28W के साथ कहीं नहीं। यह भी पिघल जाएगा।

इसलिए, एक स्पंदित हिरन कनवर्टर LM2576 पर इकट्ठा किया गया था:

3 एम्पीयर निश्चित रूप से सभी के लिए पर्याप्त है (वास्तव में, घटक आधार से जो तब मिलाप किया गया था)।

योजना

सीएडी, ईगल का उपयोग किया गया था, योजना इस प्रकार थी:

Esp8622 को चलाने के लिए, आपको RESET और CH_PD को प्लस (मॉड्यूल को शामिल करना), GPIO15 को माइनस तक खींचना होगा। जब GPIO0 को जमीन पर खींचा जाता है, तो मॉड्यूल प्रोग्रामिंग मोड में जाता है, इसलिए एक जम्पर होता है।

GPIO02 और GPIO15 का उपयोग BMP280 को जोड़ने के लिए I2C बस के SDA / SDL लाइनों के साथ-साथ बस (पिन कनेक्टर JP5) पर किसी भी अन्य उपकरण के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक डिस्प्ले, मौके पर डिबगिंग के लिए।
जेपी 1 का उपयोग मॉड्यूल को प्रोग्रामिंग और डीबग करने के लिए UART (UART-USB कनवर्टर के माध्यम से) को कंप्यूटर से कनेक्ट करने के लिए किया जाता है।

एडीसी के लिए एक वोल्टेज डिवाइडर को प्रतिरोधों आर 6 और आर 5 पर इकट्ठा किया जाता है, ताकि आप बैटरी चार्ज की निगरानी कर सकें।

भुगतान

वायरिंग इस प्रकार है:

सबसे अधिक संभावना है, शौक सर्किटरी की सर्वश्रेष्ठ परंपराओं में, यह सभी संभावित नियमों का उल्लंघन करता है, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात यह काम करता है :)

इस उपकरण ने इसे स्वयं बदल दिया:

बोर्ड लेजर-इस्त्री तकनीक (हजारों उदाहरणों में से एक: http://cxem.net/master/45.php ) द्वारा बनाया गया है।

डिवाइस प्रोग्रामिंग

Esp8622 के लिए एक त्वरित शुरुआत के लिए, उन्होंने NodeMCU फर्मवेयर लिया।

NodeMCU esp8622 के लिए एक लुआ दुभाषिया है और विभिन्न उपकरणों, सेंसर, डिस्प्ले आदि के लिए पुस्तकालयों का एक समूह है।

डिवाइस को फ्लैश करने के लिए, आपको सबसे पहले इस फर्मवेयर को प्राप्त करना होगा। प्रलेखन कई विकल्प प्रदान करता है, लेकिन उनमें से सबसे सरल nodemcu-build.com सेवा है, जो आपको मेल के लिए तैयार फर्मवेयर प्राप्त करने के लिए, केवल आवश्यक मॉड्यूल का चयन करके अनुमति देता है।

हमारे डिवाइस के लिए, आपको निश्चित रूप से MQTT, I2C (क्योंकि सेंसर इस बस में स्थित है) का चयन करने की आवश्यकता है, ठीक है, BME280 सेंसर खुद (हमारे पास BMP280 है, लेकिन लाइब्रेरी सार्वभौमिक है), साथ ही बैटरी की निगरानी के लिए ADC। फर्मवेयर को इकट्ठा करने के बाद, सेवा इसे निर्दिष्ट मेल पर भेज देगी।

अगला, आपको GPIO0 को जमीन पर बंद करने और मॉड्यूल को प्रोग्रामिंग मोड (जम्पर JP2) में डालने की आवश्यकता है, यूएसबी-यूएआरटी एडाप्टर को कनेक्ट करें और पावर को विकृत करें।

फर्मवेयर डाउनलोड NodeMCU PyFlasher का उपयोग करके किया जाता है। आपको उचित सीरियल पोर्ट, फर्मवेयर का चयन करने की आवश्यकता है, और ईएसपी -07 मॉड्यूल के लिए - क्वाड आई / ओ, अन्य मोड काम नहीं करेंगे।

थोड़ा धैर्य, जब तक फर्मवेयर पूरा नहीं हो जाता है, तब जम्पर जेपी 2 को हटा दें, शक्ति को विकृत करें और अंत में हमारा डिवाइस उपयोगकर्ता कोड के लिए तैयार है।

कोड

कनेक्शन के लिए UART सेटिंग्स - 115200 8N1, सीरियल पोर्ट (उदाहरण के लिए, टर्मिनलबीपीपी ) के लिए कुछ टर्मिनल के साथ जुड़कर, आप सीधे lua कमांड दर्ज कर सकते हैं, जैसे REPL।

लेकिन हम अभी भी कम अल्पकालिक फर्मवेयर में रुचि रखते हैं, ताकि रिबूट के बाद यह बना रहे :)
शुरू करते समय, NodeMCU फ़्लैश कार्ड से init.lua फ़ाइल (यदि कोई हो) निष्पादित करना शुरू कर देता है। यहां हम इसे लिखते हैं।

नमूने के लिए हम प्रलेखन से एक उदाहरण लेते हैं:

डाउनलोड के लिए, हमने सरल यूटिलिटी Asmodat ESP LUA लोडर का उपयोग किया । वह बस टर्मिनल में फाइल भेजती है और कमांड के साथ लाइन द्वारा लुआ लाइन लिखती है।

तर्क इस प्रकार है:

आरंभिक उपकरण
वाईफाई से कनेक्ट करें
सेंसर रीडिंग पढ़ें
हम MQTT ब्रोकर से कनेक्ट होते हैं और संबंधित विषयों पर रीडिंग भेजते हैं
वाईफाई बंद करें, अगले माप तक सो जाएं

हमने बोर्ड की लुआ लिपि, सर्किट और वायरिंग को निर्धारित किया , सिद्धांत रूप में, वहां सब कुछ काफी पारदर्शी है।

वे स्थान जो मैं नोट करना चाहूंगा:

ADC esp8266 इनपुट के लिए 0 से 1 V की सीमा में वोल्टेज की आवश्यकता होती है और आउटपुट 0 से 1024 तक एक संगत संख्या देता है। प्रतिरोधों के लिए 39 kOhm और 470 kOhm - रूपांतरण के लिए गुणांक लगभग 13. प्राप्त होता है। बैटरी पर वोल्टेज का अनुमान लगाने के लिए (बहुत सटीक रूप से माप नहीं) - आपको प्राप्त मूल्य को 13 से गुणा करना होगा और 1024 से विभाजित करना होगा।

चूंकि BMP280 सेंसर सार्वभौमिक है, इसलिए इसमें विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कई कॉन्फ़िगरेशन विकल्प हैं। NodeMCU के लिए, जलवायु माप के लिए सेंसर का इनिशियलाइज़ेशन इस तरह दिखता है (एक मैजिक नंबर):

bme280.setup(1, 1, 1, 1, 7, 0) -- weather mode

प्रलेखन में इन संख्याओं के बारे में और पढ़ें। ठीक है, ऊपर BMP280 पर डेटा बोर्ड में।

डीप स्लीप मोड में जाना संभव नहीं था, किसी कारणवश मॉड्यूल नहीं जागेगा।

एमक्यूटीटी के साथ काम करने के लिए पुस्तकालय काफी विशिष्ट है, कनेक्शन को बंद करने के समय यह निर्धारित करना असंभव है। समुदाय के पास बिना किसी समाधान के इस बारे में एक टन प्रश्न हैं। इस लेख के रूप में विभिन्न वर्कअराउंड हैं।

लेकिन हमारे मामले में, हम कुछ समय के लिए कुछ सेकंड इंतजार करते हैं, और फिर वाईफाई बंद कर देते हैं।

इसके अलावा, टीएलएस के लिए समर्थन, हालांकि घोषणा की गई, लेकिन इसे प्राप्त करने में विफल रहा, डेटा अनएन्क्रिप्टेड भेजा जाता है।

डेटा भेज रहा है

एक मिनट में, मॉड्यूल वाईफाई से जुड़ता है और सेंसर रीडिंग को एमक्यूटीटी ब्रोकर को भेजता है।
निम्नलिखित प्रारूप में MQTT में विषय:

 /device_location/device_name/sensor

यह आपको स्थान और विशिष्ट सेंसर द्वारा सेंसर से डेटा धाराओं की सदस्यता लेने की अनुमति देता है, उदाहरण के लिए, खिड़की के बाहर का तापमान:

 /outdoor/#/temperature

MQTT दलाल

MQTT ब्रोकर के रूप में, हम एक्लिप्स मॉस्किटो का उपयोग करते हैं। स्थापित करने के लिए, उदाहरण के लिए, डेबियन में, आपको दो पैकेजों की आवश्यकता होती है: मच्छर और मच्छर_क्लचर।

/Etc/mosquitto/mosquitto.conf में आपको लिखना होगा

 require_certificate false #  tls allow_anonymous true #  :)

इसके बाद, मॉस्किटो_सुब उपयोगिता का उपयोग करते हुए, हमारे डिवाइस को लॉन्च करें, डिवाइस विषयों की सदस्यता लें, मौसम की निगरानी करें)

 root@baikal:~# mosquitto_sub -v -t "/outdoor/#" /outdoor/iottest/temperature 30.07 /outdoor/iottest/pressure 713 /outdoor/iottest/humidity 38.765 /outdoor/iottest/voltage 439 /outdoor/iottest/temperature 30.09 /outdoor/iottest/pressure 713 /outdoor/iottest/humidity 38.445 /outdoor/iottest/voltage 451 /outdoor/iottest/temperature 29.93 /outdoor/iottest/pressure 713 /outdoor/iottest/humidity 38.400 /outdoor/iottest/voltage 452

बैकाल का उल्लेख यहाँ एक कारण से किया गया है। हम अभी भी भौगोलिक रूप से बाइकाल के पास स्थित हैं, इसलिए डिवाइस के लिए बेस स्टेशन के लिए बाइकाल टी -1 कोर पर BFK 3.1 का उपयोग करने के अलावा कोई अन्य विकल्प नहीं थे :)

बाद के लेखों में, हम IIoT से प्राप्त डेटा को एनालिटिक्स और विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम में स्थानांतरित करने और कतारों के बारे में बात करेंगे। और निश्चित रूप से बैकल के बारे में :)

आईओटी-आई-आईटीटी आर्किटेक्चर का निर्माण कैसे करें। भाग 2: "चीजें"