作者：Sreedharan Bhaskaran，Bridgetek軟件工程總監

根據MarketsAndMarkets公司的研究，預計全球物聯網市場將從2017年的2350億美元增長到2021年的5200億美元，占年復合增長率的22%。隨著工業4.0和物流4.0的實施，預計在整個十年內，這種高增長情況將持續下去——因此，生產力的提高、過程效率的提高、設備停機時間的縮短和勞動力的減少都將得以實現。傳感器和傳感器成本的下降、數據存儲容量的增加和更大的網絡訪問是有助于加快物聯網部署活動的進一步因素。

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一個物聯網系統通常由三部分組成，分別是傳感器和執行器的網絡，它們再連接到一個網關。該網關則連接到云端。傳感器獲取的數據將在網關中進行整理，并轉發到云端，然后在云端進行處理和分析。控制消息從云流向網關，網關有效地充當云與網絡邊緣的傳感器/執行器設備之間的中繼。一些網關包含處理功能。這有助于減少所需的數據傳輸，因此沒有過度堵塞的風險。這也意味著實時響應可以從中受益，從而避免了數據必須返回到基于云的系統，然后返回響應消息的延遲。這種網關稱為邊緣處理器?；谠频奶幚砗痛鎯Y源使數據能夠被仔細檢查或顯示在儀表板上。它還可以處理警報-可以發送短信，電子郵件或推送通知到相關設備，從而采取接下來的動作。

部署由傳感器和執行器組成的物聯網系統并非沒有挑戰。工程師面臨的一些挑戰與傳感器/執行器與指定網關的距離或指定區域中傳感器/執行器的密度有關。通信基礎設施的速度、安全性和運行可靠性可能帶來其他挑戰。最后，還有網絡的供電要考慮。距離問題主要通過部署無線傳感器來解決，然而，在工業環境中，這并不總是可能的，因為混凝土和鋼建筑結構會阻礙和降低信號強度。以更高的功率水平傳輸將意味著電池耗盡過快（因此增加了相關的維護成本，因為電池需要更頻繁地更換）。此外，來自其他設備的EMI噪聲可以影響無線通信的有效性，并且這種傳輸相對容易被第三方窺探。因此，在工業環境中，采用有線解決方案通常更為合適。

為了解決上述問題，Bridgetek研發了長距離傳感器總線（LDSBus）。這是一個供電和差分串行總線，有效傳輸距離達200米。主機單元通過總線將電源分配給連接到總線的所有外圍傳感器/執行器單元?？偩€的供電電壓為24伏，一個主機單元管理和監督從機單元，稱為LDSBus單元（LDSUs）。傳感器和致動器可連接至總線并由主機控制。總線以230kbps的數據速率運行，并提供足夠的帶寬來控制總線上多達127個LDSU。

LDSBus架構允許LDSU包含多達10個傳感器和/或執行器。Bridgetek已經為客戶開發了LDSU傳感器和執行器。這些是：

·4合1傳感器，集成溫度、濕度、環境光和運動傳感功能，所有這些功能都封裝在緊湊的外形中。

·室內空氣質量（IAQ）傳感器，用于測量和監測建筑物、工作區和工業場地內的空氣質量水平。

·基于熱電偶的溫度傳感器，能夠監測極端溫度（高達1372°C）

·用于光合作用過程監測（在智慧農業應用中）或用于監測員工工作環境（在日常工作環境檢測應用中）的二氧化碳氣體傳感器。

·用于檢測壓力變化的壓力傳感傳感器。

·土壤濕度、pH值和電導率測量傳感器，用于監測精確的營養狀況，以獲得最佳作物產量（同樣，與智慧農業相關）。

Bridgetek還開發了可用于LDSBU的其他形式的硬件。這些項目包括：

·用于控制/調光照明的LED后沿調光器

·用于泵和電機控制的開/關繼電器。

·用于控制紅外設備的紅外控制器。

總線主干中的LDSU連接點是通過將高壓T形接頭插入總線段來創建的。每個接頭都由一個上行和下行RJ-45連接器組成，用于擴展24V主干。該主干網由Cat5E電纜構成。4個RJ11/RJ12連接器的陣列可連接多達4個LDSU。高壓T型接頭將24V電源轉換為適合LDSU的5V電源?？偩€上的最后一個LDSU（離主機最遠的LDSU）必須啟用其總線終端以保持穩定的通信。

Bridgetek LDSBus的供電無需電池，因此節省了更換電池的相關勞動力。傳輸的差分特性確保了高共模噪聲抑制（這可以緩解EMI問題），而總線的有線特性意味著“中間人”無線監聽不再是一個問題。三個總線（每個總線半徑200米）可以覆蓋12個足球場。LDSBU可以包含多達381個LDSU（或3810個傳感器和執行器），因此可以實現高節點密度。

為了支持所涉及的硬件，Bridgetek提供了一個稱為LDSU編程實用程序的軟件實用程序。這可以編程LDSU地址、名稱和終端。Python腳本和Bridgetek LDSBus庫的示例演示了如何在Windows、Linux或Raspberry-Pi上實現LDSBus源單元（主端）。