Датчики в IoT: от термометров до умных устройств
Датчики — основа интернета вещей. Именно датчики собирают информацию о работе различных устройств и потом передают ее на серверы для обработки. Разберемся, как они работают, что умеют измерять и чем отличаются друг от друга.
Роль датчиков в IoT и IIoT
IoT — это интернет вещей, общее название для устройств, подключенных к общей сети. Как отдельный вид интернета вещей выделяют IIoT — промышленный интернет вещей, который используют в бизнесе и на производстве.
В IoT и IIoT датчики применяют, чтобы собирать информацию с разных устройств: умных браслетов, станков, автомобилей. Они могут измерять разные физические показатели: от температуры воздуха до уровня инфракрасного излучения.
Для этого датчики оснащают чувствительными элементами, например, светочувствительными диодами или металлическими пластинками, меняющими свойства в зависимости от среды.
Для передачи информации на обычный сервер или облако, где она будет обработана и использована дальше, датчики оснащают передающим модулем. В IoT это обычно модуль беспроводной связи, например: Bluetooth, NFC, RF или Wi-Fi. Иногда несколько датчиков подключают к одному передающему модулю.
Для быстрого объединения датчиков в сеть интернета вещей можно использовать облачные платформы, которые позволяют обойтись без собственных серверов и передавать данные прямо в облако по защищенным каналам. Кроме того, такие платформы помогают анализировать данные, собранные с датчиков, и оптимизировать бизнес-процессы.
Как датчики IoT работают с информацией
Любые датчики собирают аналоговые данные. Такие данные непрерывные — их можно представить в виде извилистой линии, непрерывного потока информации. Передавать такие данные по кабелю или беспроводной связи нельзя — сначала сигнал нужно преобразовать в цифровые данные.
Цифровые данные — это последовательность из нулей и единиц. Чтобы преобразовать аналоговые данные в цифровые, непрерывную аналоговую линию нужно поделить на несколько отдельных участков, и каждому участку присвоить конкретное значение.
Аналоговые данные тоже можно передавать, например по радио. Но компьютеры работают только с цифровыми данными, так что их все равно придется переводить в цифру. И лучше сделать это до передачи, чтобы использовать более современные и быстрые каналы связи.
Простые аналоговые датчики не умеют преобразовывать сигнал. Чтобы получить от них информацию в цифровом виде, нужна шкала, где аналоговым значениям соответствуют цифровые.
Пример: возьмем обычный ртутный термометр. Когда температура растет, ртуть расширяется. Информация о расширении и сжатии ртути — аналоговые данные. Чтобы понять, сколько на улице градусов, нужно наложить на ртутный столбик понятную человеку шкалу. А чтобы передавать эти данные другим устройствам — подключить к термометру преобразователь с встроенной шкалой, который преобразует расширение ртутного столбика в цифровой сигнал.
Чтобы не подключать преобразователи каждый раз, придумали цифровые датчики. Они также измеряют аналоговые величины, но в них уже встроен преобразователь.
Так, электронный термометр измеряет ту же аналоговую величину, что и обычный термометр — температуру. В него встроен терморезистор — элемент, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры. Преобразователь внутри термометра фиксирует сопротивление и переводит его в цифровые данные. Потом термометр высвечивает эти цифровые данные на дисплее или передает данные на сервер либо в облако.
Что такое умные датчики и зачем они нужны
Один отдельный датчик может измерять только конкретную физическую величину, например влажность. Но почти всегда для целей бизнеса или производства требуется решать более сложные задачи, чем просто измерить один показатель.
Пример: на производстве нам нужно знать точку росы — температуру, при которой влага из воздуха начнет выпадать в виде росы. Для этого нужно измерить влажность и температуру, рассчитать, при каких показателях воздух станет слишком насыщен влагой, учесть изменение разных показателей с течением времени.
Чтобы решить эту задачу, можно установить много датчиков, связать их, настроить систему для сбора данных и их анализа. А можно просто взять умный датчик точки росы. В нем есть все нужные датчики, а также процессор, который собирает, обрабатывает и анализирует данные. В итоге такой умный датчик сразу передает всю нужную информацию.
Покупать десяток разных датчиков, соединять их и настраивать логику обработки очень сложно. Поэтому сейчас в IoT используют в основном умные датчики, которые умеют собирать разные показатели и передавать на сервер уже первично обработанные данные.
Чем датчики IIoT отличаются друг от друга и как выбрать подходящие
Все датчики отличаются друг от друга — одни могут работать в экстремальных условиях, другие более точные, третьи дольше служат. Эти отличия влияют на цену — чем больше датчик умеет и чем больше способен выдержать, тем дороже он стоит.
Разберем основные параметры и посмотрим, в каких ситуациях они важны.
Рабочая температура датчика — при какой температуре датчик может работать и показывать конкретные данные. Обычно датчики выдерживают температуру от -20°С до +30…+40°С. Если температура в помещении пониженная или повышенная, например, нужно измерять что-нибудь в морозильной камере, придется выбрать более «выносливый» датчик. Станки тоже иногда нагреваются или охлаждаются до экстремальных температур — это нужно знать и учитывать при выборе датчика.
Защищенность корпуса — насколько датчик защищен от влаги, пыли и ударов. Датчики на станки обычно требуют серьезной защиты от пыли или давления, а вот датчики в обычных помещениях обычно можно ставить и незащищенные.
Точность измерений — до каких долей датчик фиксирует величину и какая у него погрешность. Например, для датчика температуры в офисном помещении вполне хватит точности до градуса — неважно, +20°С там или +20,3°С. А вот в температуре на производстве может быть важна точность до десятых и даже сотых — тогда нужно выбирать датчики поточнее.
Диапазон измерений. Минимальное и максимальное значение, которое датчик способен зафиксировать. Например, если диапазон измерений термометра до 50°С, 60°С он покажет как 50°С — на большее датчик просто неспособен. Диапазон измерений нужно выбирать в зависимости от нужной точности и величин, которые встречаются у вас в работе.
Стабильность связи. Насколько далеко датчик способен передавать данные, боится ли сигнал от него помех и препятствий. Чем больше предприятие, чем больше в помещении помех, тем стабильнее нужно выбирать датчик. Иначе получится, что между датчиком и приемником проедет машина, и данные пропадут.
Время безотказной работы. Как долго датчик проработает без поломок при соблюдении условий его эксплуатации: температуры, влажности, давления. Обычно длительная безотказная работа требуется, если датчик нужно установить в труднодоступном месте.
Размер и вес. Эти показатели важны, если датчик требуется установить в ограниченном пространстве или на небольшое устройство. Обычно чем датчик меньше и легче, тем он дороже.
Что важно знать о датчиках в IoT
- Датчики — важная часть интернета вещей, они собирают необходимые данные и отправляют их на серверы.
- Все датчики собирают физические показатели, которые записываются в виде аналоговой информации. Чтобы передать эту информацию на сервер или в облако, ее нужно преобразовать в цифровую. Аналоговым датчикам для этого нужен специальный внешний преобразователь, у цифровых преобразователь встроен в датчик.
- Для передачи информации датчик оснащают модулем беспроводной связи.
- Некоторые датчики объединяют несколько датчиков, умеют собирать и анализировать информацию. Их называют умными и используют в IoT чаще всего — это удобнее, чем собирать сложные системы из простых датчиков.
- При выборе датчиков важно учитывать их свойства: рабочую температуру, точность, прочность корпуса и стабильность связи.
