Aktuální vydání

celé číslo

12

2019

Automatizace v energetice a pro efektivní využívání energie

Bezpečnost strojů a zařízení, bezpečnostní PLC moduly

celé číslo

Přímá konektivita pro IoT – od koncových zařízení až po cloudové analytické systémy

Stavba integrovaných návrhů pro tolik diskutovaný internet věcí (IoT) nebyla nikdy tak snadná. Existuje nepřeberné množství kompaktních jednodeskových počítačů (lze je najít např. na http://cz.rs-online.com/), z nichž některé nabízejí bezdrátovou konektivitu, která slibuje usnadnit vývoj návrhů založených na konceptu IoT. Ať již stavíte několik zařízení ke snímání podmínek prostředí pro použití v oblasti průmyslové automatizace, nebo domácí ústřednu pro monitorování spotřeby energie a řízení vytápění, vždy existuje cenově dostupná výpočetní platforma, která bude pro návrh ideální.

 
Ačkoliv se mnoha vývojářům integrovaných zařízení může zdát, že mají hardwarové aspekty návrhu svého systému pod kontrolou, v otázce, kam budou data generovaná těmito zařízeními odesílána a jak budou spravována, si už tak jistí být nemusí. Jedním z nejdůležitějších důvodů, proč mnoho společností vítá možnosti konceptu IoT, je skutečnost, že s jeho pomocí mohou svým zákazníkům nabídnout nové a inovativní obchodní modely založené na službách. Aby toho však bylo možné dosáhnout, je zapotřebí mnoho nových technických oborů, které zajistí, že tyto nové obchodní modely budou spolehlivě a se ziskem zákazníkům dodány. Pro společnost, která svou značku založila na spolehlivých a důvěryhodných produktech, je v současné době mimořádně náročné zajistit stejně spolehlivou a důvěryhodnou cloudovou platformu pro ukládání a analýzu dat s možností správy a škálování, na jejímž základě mohou tyto nové obchodní modely teprve skutečně začít existovat.
 

IBM Internet of Things Foundation

Místem pro hledání případných servisních partnerů disponujících cloudovou infrastrukturou schopnou uvést potenciál konceptu IoT v život je oblast podnikových informačních systémů. Ovšem zváží-li se miliony snímačů a ostatních koncových zařízení, které lze eventuálně připojit k jednomu systému IoT, i počty uživatelů největších bankovních nebo maloobchodních sítí na světě se jeví jako nicotné. Avšak existuje mnoho poskytovatelů cloudových hostingů podnikové třídy, kteří poskytují řešení schopná zajistit plynulou konektivitu od těch nejmenších integrovaných koncových zařízení až po škálovatelné analytické aplikace s velkou dostupností. Společnost IBM nedávno ohlásila vznik svého projektu IBM Internet of Things Foundation (obr. 1; https://quickstart.internetofthings.ibmcloud.com/#/), což je spravovaná služba hostovaná v cloudu, která si klade za cíl pomoci firmám získat obchodní hodnotu z jejich zařízení IoT bez ohledu na to, kde se nacházejí. Společnost IBM si uvědomila, že ačkoliv každá firma potřebuje rychle sestavovat data z internetu věcí pro analýzu, vizualizovat je a následně dodávat do systémů pro podnikovou správu, zdrojem těchto dat jsou převážně velmi malá integrovaná zařízení se slabým výpočetním výkonem, jejichž integrace do systému může být obtížná.
 

Cloudová platforma IBM Bluemix a vizualizace v prostředí Node-RED

Služba IBM Internet of Things Foundation poskytuje základní stavební bloky pro připojení, sběr, sestavení a správu kompletní infrastruktury IoT. Pomocí standardizovaných protokolů, jako např. MQTT a REST, lze bezpečně připojit a na dálku spravovat množství různých koncových zařízení, např. snímačů. Nejdůležitějším faktorem pro přímý přístup, který společnost IBM k celé problematice zvolila, bylo rozhodnutí zaměřit se na konektivitu oblíbených open source vývojových desek, jako je např. Raspberry Pi. Data lze shromažďovat v časových intervalech vyhovujících konkrétní úloze a analytický a systémový ovládací panel je možné vytvořit v rámci cloudové analytické platformy. Ovšem tou „nejchytřejší“ vlastností této služby společnosti IBM je jednoduchý způsob, kterým lze vytvářet procesy pro shromažďování dat, toky informací a kontrolu.IBM Bluemix (www.ibm.com/cloud-computing/bluemix/solutions/iot/) je nejdůležitější cloudová platforma, která spolu s vizuálním programovacím prostředím Node-RED (http://nodered.org/) umožňuje rychle vizuálně propojovat zdroje dat a události ze snímačů a dále je předávat cloudové platformě pro následnou analýzu a uložení. Platforma IBM Bluemix (obr. 2) poskytuje cloudové služby pro připojení, ukládání a analýzu dat ze všech zařízení IoT. Node-RED je vizuální programovací prostředí pro vytváření „toků“ dat ze snímačů do cloudu propojením nebo „prodrátováním“ hardwaru se softwarem.
 
Společnost IBM pro předvedení konceptů používá stránku Quickstart (obr. 2), s jejíž pomocí lze přistupovat k širokému spektru předem připravených receptů pro mnoho zmíněných integrovaných vývojových platforem (https://developer.ibm.com/iotfoundation/). Tyto recepty obsahují kroky potřebné pro připojení hardwaru ke cloudovým službám společnosti IBM. Ty obvykle zahrnují stažení programu pro cílové integrované zařízení. Většina těchto programů obsahuje aplikaci, která kromě nastavení připojení ke cloudu také vytvoří a odešle vzorová data, jež lze využít k vizualizaci v reálném čase. Jestliže uživatel ve webovém prohlížeči v počítači klikne na odkazy na obrazovky se simulacemi, může si navíc rovněž prohlédnout vzorové vizualizace. Na obr. 3 je simulace snímače teploty s možností ručně zvyšovat a snižovat teplotu a obr. 4 ilustruje zobrazení souvisejících dat v reálném čase.
 
Prostředí Node-RED tvoří toky a uzly. Uzel je objekt, který byl vyvinut jako předem definovaná funkce v prostředí Node-RED. Webová stránka prostředí Node-RED obsahuje mnoho základních uzlů a uzlů třetích stran, které lze do prostředí Node-RED přidat. Například je možné použít uzel třetí strany, který při používání speciálního modulu s dotykovou obrazovkou u desky Raspberry Pi přidává funkci dotykového vstupu. Takový „dotykový“ uzel hlásí polohu na obrazovce a tento údaj lze následně přetáhnout a „prodrátovat“ do nového toku. Funkce uzlů je možné obecně zařadit do kategorií vstup, výstup, funkce, sociální, úložiště a analýza. Další uzly třetích stran nabízejí např. vstup/výstup GPIO, čtení času NTF nebo vytváření
tabulek Google z dat.
 
Na obr. 5 je zachycena obrazovka editoru prostředí Node-RED. Povšimněte si uzlů „gpio“ a „touch“, které byly přidány do základního seznamu po levé straně.
 
Prostředí Node-RED umožňuje rychle vytvořit vlastní tok. Stránka Node-RED obsahuje množství různorodé dokumentace, včetně některých výukových příkladů, jako na obr. 6. Tento příklad demonstruje jednoduchý tok, který vytváří hlášení „payload“ s časovým razítkem a odešle ho funkci „format timestamp“ (formátování časového razítka). Tato funkce je na obrazovce zvýrazněna a obrázek ilustruje, jak je hodnota převedena na řetězec a následně odeslána do panelu pro ladění, který je umístěn vpravo.
 

Raspberry Pi 2 plus nástroje IBM Internet of Things Foundation tvoří jedinečnou kombinaci pro IoT

Raspberry Pi 2 je vynikající hardwarová platforma, na jejímž základě lze pomocí nástrojů IBM Internet of Things Foundation, IBM Bluemix a Node-RED vytvořit kvalitní aplikaci pro IoT. Díky širokým vstupně-výstupním možnostem a mnoha dostupným panelům LCD, rozšířením GPIO a bezdrátovým modulům třetích stran je platforma Raspberry Pi ideální pro použití v koncových zařízeních IoT. Nástroje IBM Bluemix a Node-RED obsahují podrobné instrukce pro implementaci a konfiguraci desky Raspberry Pi, díky kterým návrhář s jistotou zvládne celý proces od vývoje až po zavedení řešení IoT založeného na této platformě. Tento přístup k vývoji řešení IoT kombinuje škálovatelné, flexibilní a bezpečné cloudové služby společnosti IBM s důvěryhodnou, prověřenou a dobře zdokumentovanou platformou Raspberry Pi 2. Vpravdě jedinečná a vítězná kombinace.

Simon Duggleby,
Marketing Manager – Semiconductors, RS Components
 
Obr. 1. Služby IBM Internet of Things Foundation
Obr. 2. Simulace stránky IBM Bluemix Quickstart
Obr. 3. Simulace snímače teploty
Obr. 4. Analýza simulovaných dat ze snímače v reálném čase
Obr. 5. Obrazovka editoru prostředí Node-RED
Obr. 6. Node-RED – jednoduchý tok pro převod řetězce s datem