Nó đã được chứng minh rằng mạng cảm biến Internet of Things (IoT) có thể cải thiện hiệu quả bằng cách sử dụng dữ liệu thời gian thực và giảm thời gian ngừng hoạt động thông qua bảo trì dự đoán,do đó thay đổi các quy tắc trò chơi cho tự động hóa công nghiệp, năng lượng tái tạo, và hệ thống chiếu sáng thông minh.các nhà thiết kế sẽ phải đối mặt với thách thức về cách mở rộng đáng tin cậy các mạng Internet Công nghiệp của Vật (IIoT) trong môi trường khắc nghiệt, trong khi giảm thiểu chi phí triển khai và hoạt động, giải quyết các vấn đề tắc nghẽn mạng và đảm bảo an ninh.
Bài viết này phác thảo các vấn đề khác nhau mà các nhà thiết kế phải đối mặt khi mở rộng mạng IIoT. Sau đó giới thiệu mô-đun Bluetooth (BLE) năng lượng thấp và bộ phát triển của Digi,và giải thích làm thế nào để nhanh chóng và hiệu quả giải quyết các vấn đề trên sử dụng các sản phẩm này.
Các thách thức đối mặt trong việc mở rộng cơ sở hạ tầng IoT không dây
IIoT liên quan đến một loạt các lĩnh vực ứng dụng, trong đó thu thập dữ liệu là rất quan trọng để cải thiện hiệu quả và tính dự đoán.Cảm biến không dây thu thập dữ liệu ánh sáng xung quanh và dân cư, điều chỉnh sử dụng trong thời gian thực, và tiết kiệm tiêu thụ năng lượng và chi phí liên quan.
Tương tự, các ứng dụng năng lượng tái tạo sử dụng mạng cảm biến IoT từ xa để theo dõi các nguồn năng lượng khác nhau như năng lượng mặt trời và gió.Các hệ thống giám sát mạng này giám sát tình trạng và hiệu suất, dự đoán lỗi, và điều chỉnh năng lượng lưới năng động.
Giống như các lĩnh vực khác sử dụng công nghệ tự động hóa công nghiệp, thu thập dữ liệu từ các bộ phận chuyển động là chìa khóa để thực hiện bảo trì dự đoán.Lắp đặt hàng trăm cảm biến không dây trên toàn bộ hệ thống công nghiệp có thể cung cấp thông tin dữ liệu tinh tếTuy nhiên, khi quy mô của mạng cảm biến mở rộng, các vấn đề về hiệu suất có thể phát sinh, chẳng hạn như:
Sự can thiệp: Môi trường công nghiệp thường bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp điện từ cấp cao (EMI) được tạo ra bởi động cơ, nguồn cung cấp điện chế độ chuyển mạch và thiết bị hàn cung.EMI này có thể gây ra sự giảm liên tục trong tốc độ truyền dữ liệu, ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc truyền dữ liệu hiệu quả.
Mật độ mạng quá tải: Việc vận hành nhiều thiết bị không dây ở khoảng cách gần có thể gây bão hòa mạng, dẫn đến độ trễ và gián đoạn kết nối cao hơn,có thể cản trở phát hiện thời gian thực và làm tăng tiêu thụ điện.
An ninh: Các cuộc tấn công của tin tặc là một mối đe dọa lớn đối với cơ sở hạ tầng quan trọng như năng lượng hoặc hậu cần, do đó, mạng cảm biến phải có bảo mật mạnh mẽ.số lượng lỗ hổng cũng tăng.
Một thách thức khác là tích hợp các cảm biến không dây với các giao thức công nghiệp tiêu chuẩn.các quy trình này cần phải được thực hiện trên các thiết bị, và khi số lượng cảm biến và giao thức tăng lên, chi phí và tiêu thụ điện cũng sẽ tăng nhanh chóng.làm cho công việc bảo trì ngày càng phức tạp, vì bảo trì không dự đoán của các cảm biến là cần thiết cho dù đó là một sự cố hoạt động hoặc đơn giản là thay pin.
Công nghệ Bluetooth tỏa sáng trong IIoT quy mô lớn
Trong số nhiều giao thức không dây IIoT, Bluetooth là một giải pháp mạnh mẽ có thể giải quyết một loạt các vấn đề khi mạng cảm biến mở rộng.Công nghệ Bluetooth có thể cải thiện khả năng chống nhiễu của nó. AFH sẽ chia dữ liệu thành các gói nhỏ và truyền chúng qua nhiều tần số, và sau đó tái kết hợp chúng ở đầu nhận.Bất kỳ gói dữ liệu bị mất sẽ được gửi lại sau khi gửi báo cáo mất để đảm bảo độ tin cậy giao tiếp và ngăn ngừa mất thông tin dài do nhiễu điện từ.
Để tránh tắc nghẽn mạng quá mức, công nghệ Bluetooth hỗ trợ điều khiển sức mạnh truyền tương đối với máy thu sau khi kết nối được thiết lập.giúp tiết kiệm năng lượng trong khi giảm thiểu EMI, cho phép hàng trăm thiết bị không dây hoạt động trong cùng một không gian.Công nghệ Bluetooth cũng làm giảm các lỗ hổng bảo mật bằng cách sử dụng mã hóa mạnh mẽ và các giao thức xác minh đàn hồi.
Trong triển khai IIoT, mạng cảm biến Bluetooth quy mô lớn chủ yếu giao tiếp thông qua các cổng được thiết kế đặc biệt để ghép nối với nhiều thiết bị.các nhà phát triển có thể đạt được khả năng tương tác liền mạch với điện thoại thông minh và máy tính bảng, đơn giản hóa việc thiết lập và chẩn đoán và cải thiện hiệu quả bảo trì.
Tuy nhiên, để các mạng không dây thích nghi với IIoT, các mạng cảm biến Bluetooth cũng phải thích nghi đáng tin cậy với các điều kiện triển khai khắc nghiệt, giảm tiêu thụ điện, cải thiện hiệu quả chi phí,và đơn giản hóa bảo trì.
Xây dựng một mạng IIoT sử dụng các mô-đun BLE cấp công nghiệp
Bằng cách sử dụng mô-đun XBee 3 BLU BLE 5.4 và bộ phát triển của Digi, các nhà thiết kế có thể nhanh chóng và trực tiếp triển khai các mạng IIoT không dây.Mô-đun này có phạm vi nhiệt độ công nghiệp từ -40 ° C đến + 85 ° C và hoạt động trong chế độ không hoạt động và ngủ, do đó đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy và tiêu thụ năng lượng.có thể hỗ trợ việc lắp đặt cảm biến từ xa trong thời gian dài ở các vị trí khó truy cập, do đó thông tin có giá trị có thể được thu thập mà không cần phải thay pin thường xuyên.
Các tính năng khác bao gồm:
Tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 2 megabit mỗi giây (Mb / s), cung cấp một sự hiểu biết chi tiết về hoạt động của máy móc phức tạp
Sức truyền tối đa là +8 decibel milliwatts (dBm), có thể đạt được truyền thông trung thực cao trong phạm vi nhìn trực tiếp lên đến 15 mét trong nhà hoặc lên đến 300 mét ngoài trời
13 đầu vào I / O kỹ thuật số và 4 đầu vào chuyển đổi analog-to-digital 10 bit (ADC), tích hợp linh hoạt với các thiết bị và giao diện cảm biến khác nhau
1.71 V đến 3.8 V nguồn cung cấp điện, lựa chọn nguồn cung cấp năng lượng linh hoạt
Digi TrustFence Security để bảo vệ thiết bị và mạng, bao gồm khởi động an toàn, cổng phần cứng được bảo vệ và xác thực thiết bị
Khả năng lập trình MicroPython tiên tiến cho phép phát triển nhanh chóng các hệ thống xử lý dữ liệu và ra quyết định trên các thiết bị
Nhận được chứng nhận quy định toàn diện từ Bắc Mỹ (FCC, IC) và châu Âu (ETSI)