英特尔物联网产品之路:交通运输案例

使用® 物联网商用开发套件监控半挂车的状态

免责声明: 该设备尚未通过美国联邦通信委员会的权威认证。  在通过认证前,不得销售或租赁本设备,且不得将其用于销售或租赁目的。

简介

本项目的目标是使用英特尔® 物联网商用开发套件及其包含的基础传感器构建功能概念验证,然后逐步步入开发工业解决方案的阶段,这种工业解决方案使用商用网关、工业传感器、迈克菲安全软件 (McAfee Security) 和基于 Wind River 的平台实现可扩展的产品部署。  基本项目针对交通运输业展开,目的是监控运输易腐物品的半挂车的状态,并在温度超过驾驶员设置的阀值时向驾驶员发出告警。

概念验证将在使用基座护罩并连接不同传感器的英特尔 Galileo 开发板上进行构建。  该阶段所选用的传感器均来自标准 Grove Seeed – Starter Kit Plus*。

图 1 挂上定制拖车后的成品展示

 

在本文结尾处,大家将看到从基础概念验证到工业解决方案的过渡,重点介绍如何快速、轻松的结合使用 Wind River 操作系统和连接硬件。  使用预编译的操作系统和 RPM 可消除不必要的下载,用户只需自定义操作系统和定义通用库就可将项目变成现实。

创建使用案例

作为使用案例的一部分,我们组建了一支团队来演示英特尔物联网® 商用开发套件和英特尔® 物联网商用网关的功能。 团队决定创建有关运输行业的使用案例,专门为运输途中的易腐物质保鲜。

我们在设计项目时,充分考虑了市场中出现并构建类似项目的可能性。  尽管基本项目在设计时具备基本功能,但也可添加多项其他功能,并(在未来)进行扩展以具备 web 连接性、云计算功能、远程监控和其他未来组件功能。

以该项目重点领域为目标,团队列出了概念验证和产品所需的潜在特性。  他们构思出了丰富的创意,包括后门状态、拖车温度、车门和温度报警、在线数据查看应用和驾驶室内信息监控。

为启动概念验证阶段,我们详细规定英特尔® 物联网商用开发套件的使用,其中包括使用 Grove Seeed Sensor 套件。  我们在这一阶段遇到的挑战是只有该套件提供传感器。  所有功能需要在实际使用开发套件的基础上实现。

图 2 面向 Microsoft Surface Pro 3 接口的英特尔 XDK 项目

使用商用开发套件实施概念验证

团队将项目分成 3 个关键领域:

1. 所需用户界面

    - 开发团队开展实际生产 UI 布局和设计

2. UI 托管界面

    - 按最终解决方案的使用要求进行操作。

    - 我们意识到,需要在集成工业解决方案的过程中作出调整。

3. 概念验证传感器解决方案

    - 创建基于 Grove 传感器的解决方案,并利用 UPM/MRAA 通用库以实现快速开发。

    - 这样我们能够创建面向 UI 的模拟传感器环境,而且界面团队也可将其用于开发

图 3 模拟传感器环境

将项目分成三个阶段,有利于我们运用最重要的技术加快概念验证 (POC) 的进展。 用户界面非常重要,需要花费最长的时间进行设计和实施。  我们提前设计和实施用户界面,争取在截止日期之前完成这一任务。

第二个关键领域将发挥重要的作用,它有利于我们了解最终功能 POC 的构建基础,然后在POC 流程的早期做出面向未来的决策。  我们知道门禁传感器非常简单,因此可以简化传感器选择。 这样能够将更多精力放在如何小规模地合理利用温度传感器,然后将其扩展至商用规模。

通过利用 Grove 传感器套件,我们可借助面向 UI 团队的功能传感器环境快速创建 POC。  这样有利于快速、生动地体现布局和设计元素,并为最终的功能性用户案例提供未来框架。

图 4 启用部分传感器的开发套件

使用案例基于以下场景构建而成:

  1. 按下按钮启动使用案例(模拟开门动作)
    1. 将阀值温度设置为 +5 度
    2. 驾驶室内的纯红色 LED 指示灯亮起
    3. LCD:  当前温度和车门状态:开启

图 5 显示车门状态

2. 触摸温度传感器,使温度上升

3. 温度高于 +5 度

  1. 蜂鸣器发出告警
  2. 红色 LED 指示灯连续闪烁
  3. LCD 变成红色:实际温度:  xx,车门状态:开启

图 6 显示高温状态

4. 触摸传感器

  1. 确认 = 关闭蜂鸣器

5. 按下按钮,关闭车门

  1. 红色 LED 指示灯连续闪烁,直至温度低于阀值温度
  2. LCD 告警:  温度:  xx,车门状态:关闭
  3. 温度低于阀值温度后,红色 LED 停止闪烁,纯绿色 LED 灯亮起,LCD 变成绿色
  4. LCD:  温度:  xx,车门状态:  关闭

模拟   监控温度变化并向驾驶员发出告警,以降低温度敏感型货物可能遭受的损失

图 7 日志文件显示事件

图 8 预期的基准在线视图

下面的表格概述了将会被用到的传感器:

目标商用解决方案

有了基于英特尔物联网商用开发套件的操作性 POC,我们有必要确定如何继续开发商用解决方案。  市场上提供有多种商用网关,其设计因目标行业的不同而有所差别。  我们最关心的是 IO 选项,即如何连接传感器以提供数据源。

在本项目中,我们选用了英特尔® 物联网商用网关来支持网关设备。  我们认为,它的处理能力和 IO 功能足以满足所提出的商业使用需求。

有线 Modbus 温度传感器必须可靠连接,以每隔几秒获取温度值。  设备的所有通信均通过直连或以太网来执行。  标准 MRAA/UPM 通用库在整个流程中不进行任何修改。

网关将用作已存数据的 web 服务器,并调用温度传感器以及时更新数据。  为实现 curl 调用,可直接更新温度传感器(在借助通用库的基础上采用 C 语言编写而成)的 web 服务器。  

图 9 作为演示一部分的网关(随温度传感器安装)

将代码传输至网关

正常升级商用网关会涉及到修改代码,以使其与系统提供的任何服务兼容。  在这种情况下,有关概念验证的代码编写均以 Python*、HTML 和 Javascript* 来执行,以轻松达到商用级别。  由于可以访问相同的 MRAA/UPM 通用库,因此代码运行方面没有任何问题。

将 Grove 传感器映射至工业传感器 - 使用 MRAA/UPM 通用库快速启动项目

将应用移植到商用产品解决方案的步骤

                1.) 目标所需工业硬件   

                                A.) 确定硬件是否需要其他通用库或应用支持

                                B.) 如果需要,集成通用库/软件

                                                i. 创建 WR 层,以支持软件部署

                2.) 如果商用产品硬件开始集成至现有解决方案,删除之前解决方案的代码

                                A.) 在概念验证过程中利用现有层级安装解决方案相关性。

                                                i. 根据新硬件的需要进行更改

                3.) 提取新老层级,并构建至 WR 运行时

基于英特尔® 网关的成品 - 应用安装和测试

设置指南

将英特尔® Galileo 添加至网关的网络

 

在允许的短时间内,我们将第二代 Galileo 用作传感器中枢(控制器),这也许并不是最好的选择,但我们建议在这里使用工业级控制器。  这一点可通过两台设备的以太网端口和一根网线来实现。 由于网关的以太网接口 (eth0) 专门针对 WAN 访问而配置,因此我们需要采取其他配置步骤。 可以向两台设备分配静态 IP 地址,但由于网关已安装了 DHCP,因此无需采取 Galileo 所需的其他步骤,采用自动配置即可。

  • 关于网关,我们执行以下操作:
  1. ifconfig eth0 10.0.0.1 netmask 255.255.255.0 up
  2. 添加至 /etc/dhcp/dhcpd.conf:

subnet 10.0.0.0 netmask 255.255.255.0 {

range 10.0.0.100 10.0.0.120;

option routers 10.0.0.1;

}

  1. 运行 dhcpd 以启动 DHCP 服务器
  • 您可能需要将接口从 Galileo 上卸下,然后再重新装 上:
  1. ifconfig enp0s20f6 down
  2. ifconfig enp0s20f6 up
  3. 借助 ping 进行测试。

上述配置步骤没有进行保存,因此重启网关后需重新配置。 如需永久保存所作出的更改,请执行其他更改,如下所示。

  • 关于网关,我们执行以下操作:
  1. 更改 wan interface /etc/config/network:

config interface ‘wan’

option ifname ‘eth0’

option proto ‘static’

option ipaddr ’10.0.0.1’

option netmask ‘255.255.255.0’

  1. 通过 systemctl enable dhcpd.service 支持在 eth0 上自动打开 dhcpd

请注意,将 wan 接口设置为静态模式意味着如果不恢复这些更改,将无法使用 eth0 端口将网关连接至外部网络。 此外,端口转发以及 WiFi 网络与 eth0 之间的路由将默认启用。

 

该项目将作为 2015 英特尔英特尔信息技术峰会的一部分进行展示。 请关注 Bill Pearson 的博客,随时了解有关 IDF 的重要消息。 另外,请了解更多有关灵活可扩展解决方案的信息。  如欲了解更多有关英特尔物联网商用开发套件的信息,请参阅开发人员套件

下载此处的全篇交通运输文章 (PDF)。

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