工業物聯網（IIoT）為設備提供了一個平臺，可以分享比以往更多的數據，從而實現對流程，機器和維護計劃的更復雜的控制和管理。傳統的數據采集方法，如SCADA，其中被動傳感器將原始數據傳回中央控制器，預計將讓位于IIoT解決方案，可提供更快的響應時間，高效的數據收集能力和大數據服務，如預測性維護自治系統自我優化。

圖1：將數據收集到SCADA系統中非常復雜，分析能力相對有限。

圖1說明了傳統的工業傳感器網絡，其中SCADA系統接收并處理傳感器數據，并負責后續決策。在IIoT實現的新模型中，嵌入式智能在本地處理傳感器數據，以便與完成當前流程相關的實時決策。此外，精致的傳感器信息將被轉發到云端。在這里，大數據應用程序基于從整個傳感器網絡收到的全套信息執行深度分析。

在云中執行的分析能夠識別人類操作員或分析師無法檢測到的趨勢和模式，生成更高級別的智能，使流程，設備，工廠和企業能夠更高效，更高效，更具成本效益地運營。例如，對制造企業有用的典型的基于云的分析服務可以包括生成診斷數據，自動重新優化設備設置，訂購新的供應品或機器部件，安排維護以及管理查詢或報告服務。通過這種方式，IIoT將使企業能夠提高生產力，降低成本，減少停工和服務成本，并在整個企業中分享更多更好的情報，以指導戰略決策。

物聯網世界論壇（IOTWF）已經提供了一個參考模型，如圖2所示，它描述了物聯網的各個層，并幫助可視化它們的相關角色。該模型的基礎是物理設備和控制器，包括智能傳感器等智能邊緣節點。

圖2：IOTWF參考模型描述了IIoT的結構。

智能邊緣節點

智能傳感器對于實現IIoT的目標至關重要。為了實現智能傳感器設計，離散傳感器可以直接連接到微控制器I/O，或通過包含分立元件或模擬前端（AFE）IC的模擬接口。在微控制器上運行的應用程序負責解釋傳感器數據，以便控制傳感器的即時響應，并負責將傳感器數據轉發到云端。

考慮構建基于a的智能溫度傳感器熱電偶如Crouzet 79696034.必須使用分立ADC或微控制器的集成轉換器（如果可用）將低壓熱電偶信號放大并轉換為數字表示。 ADI公司發布了一個參考設計CN0209，用于完整的過程控制模擬前端，具有各種輸入，包括電壓檢測，4-20 mA電流檢測和熱電偶檢測。熱電偶輸入使用ADI公司最高增益設置AD7193 ADC，并使用ADT7310 16位溫度傳感器IC通過測量導線連接到電路板的溫度來提供必要的熱電偶冷端補償。此外，AD8617放大器提供熱電偶測量所需的參考電壓。

采用另一種方法，Maxim MAX31850是一個完整的熱電偶至數字前端，具有冷端補償和參考電壓生成內置（圖3）。它有兩個熱電偶輸入和一個1-Wire數字輸出。該器件具有VDD引腳，但如果需要，也可以僅通過1-Wire連接獲取其工作功率。唯一需要的其他連接是四個地址引腳，在同一條1-Wire數據線上最多允許16個熱電偶，可以連接到微控制器的數字輸入。

圖3：MAX31850需要最少的外部電路連接到智能傳感器主機微控制器。

為了進一步簡化開發，Adafruit 1727是一款評估板，用于將MAX31850連接到K- Crouzet 79696034型熱電偶。電路板有一個雙針接線端子，可以方便地插入熱電偶引線，1-Wire協議所需的數據線上拉電阻，以及用于插入原型的引腳接頭板。 Adafruit還在github.com/adafruit上發布了與MAX31850數據格式兼容的庫，以及示例。圖4顯示了用于設置傳感器分辨率和收集溫度數據的示例代碼摘錄。

//將分辨率設置為9位（每個達拉斯）/Maxim器件具有多種不同的分辨率）

sensors.setResolution（insideThermometer，9）;

Serial.print（“器件0分辨率：” ）;

Serial.print（sensors.getResolution（insideThermometer），DEC）;

Serial.println（）;

}

//打印設備溫度的功能

< p> void printTemperature（DeviceAddress deviceAddress）

{

//方法1 - 慢

//Serial.print（“Temp C：”）;

//Serial.print（ sensors.getTempC（deviceAddress））;

//Serial.print（“Temp F：”）;

//Serial.print（sensors.getTempF（deviceAddress））;//第二次調用getTempC，然后轉換為Fahrenheit

//方法2 - 更快

float tempC = sensors.getTempC（deviceAddress）;

Serial.print（“Temp C：”）;

Serial.print（tempC）;

Serial.print（“Temp F：”）;

Serial.println（DallasTemperature :: toFahrenheit（tempC））;//將tempC轉換為Fahrenheit

圖4：與Adafruit MAX31850板一起使用的偽代碼示例。

智能傳感平臺

另一方面，與構建智能傳感器相關的許多設計挑戰可能是完全避免使用B + B SmartWorx Wzzard智能傳感平臺。提供入門工具包（圖5），其中包括用于連接蜂窩或以太網的網關，以及一組智能邊緣節點，為各種傳感器提供輸入，如模擬和數字輸入，加速度計輸入和J或K型熱電偶輸入。支持物理連接傳感器的各種方式，并且每個節點使用支持SmartMeshIP無線網絡技術的IEEE 802.15.4e無線電連接到網關。通過MQTT IoT協議和開放標準JSON（JavaScript Object Notation）輕量級數據交換格式進行通信。 MQTT是一種輕量級的機器對機器協議，對物聯網應用具有許多優勢，例如代碼占用空間小，網絡帶寬要求低，功耗低。根據傳感器采樣和報告速率，每個節點提供的2.4 Ah電池可以使用長達數年。

圖5：可配置的智能邊緣節點和蜂窩/以太網網關。

只要遵守一些基本規則，例如確保每個邊緣節點在至少三個其他設備的范圍內，并且至少有三個“第一跳” “設備在網關范圍內，Wzzard網狀網絡可以自我形成，自我管理和自我優化。在理想條件下，節點可以具有多達1000米或更多的范圍。可以使用通過藍牙? LE連接到節點的Android智能手機或平板電腦來完成各個節點的配置數據，例如校準和縮放信息，節點名稱以及地理定位等其他信息。

Wzzard網絡可以立即連接到Autodesk ? SeeControl，這是一種基于訂閱的可擴展物聯網云服務，允許訂戶使用簡單的拖放功能配置分析，將傳感器信息轉換為商業智能。 Wzzard還可以連接到IBM Bluemix云應用程序平臺。

結論

IIoT邊緣的智能傳感器捕獲數據，這對于實時管理工業設備至關重要并提供專注于從數據中提取智能的云應用程序，以支持更高級別的企業目標。構建智能傳感器的各種方法都是可行的，利用參考設計，可輕松連接到微控制器的集成前端設備，或使用可配置的智能傳感平臺。