• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      小型單板計(jì)算機(jī)加速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地

      2020-11-06 02:47:46楊波劉梅張亞寧
      物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2020年10期
      關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)交換樹(shù)莓派網(wǎng)絡(luò)連接

      楊波 劉梅 張亞寧

      摘 要:物聯(lián)網(wǎng)中將實(shí)際傳感和驅(qū)動(dòng)信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)至關(guān)重要。以樹(shù)莓派為代表的小型單板計(jì)算機(jī)由于兼顧了底層接口、連接性和處理性能,極大地促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的研究和落地。文中通過(guò)對(duì)小型單板計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn)的研究,分析其在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的獨(dú)特地位,并就其優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行討論,給出其后續(xù)發(fā)展的研判。

      關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);樹(shù)莓派;工控機(jī);小型單板計(jì)算機(jī);數(shù)據(jù)交換;網(wǎng)絡(luò)連接

      中圖分類(lèi)號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-1302(2020)10-0-03

      0 引 言

      新基建背景下,萬(wàn)物互聯(lián)的趨勢(shì)已成為各行業(yè)的共識(shí)。一方面,物聯(lián)網(wǎng)中,無(wú)論是“物與物”之間還是“人與物”之間,各項(xiàng)通信技術(shù)百花齊放,承載著數(shù)據(jù)的溝通和聯(lián)絡(luò);另一方面,數(shù)據(jù)交換影響物理世界,需要一個(gè)可落地的“網(wǎng)關(guān)”才能夠?qū)崿F(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的各項(xiàng)功能。通常來(lái)說(shuō),完整物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用鏈路中,信息的原始來(lái)源是各項(xiàng)物理世界信息輸入設(shè)備,如傳感器(Sensor);信息最終的歸宿是能夠影響物理世界的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(Actuator),如屏幕、音箱、電機(jī)、閥門(mén)等。傳感器的原始輸出是符合一定接口標(biāo)準(zhǔn)的模擬或數(shù)字信號(hào),而執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入是符合其工作方式的驅(qū)動(dòng)信號(hào),這些信號(hào)并不能直接在網(wǎng)絡(luò)上傳輸,如果需要在有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中交換數(shù)據(jù),必須經(jīng)過(guò)“接口”(網(wǎng)關(guān))的轉(zhuǎn)換。

      顯然,物聯(lián)網(wǎng)“網(wǎng)關(guān)”需要三項(xiàng)能力:通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;傳感器/執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)信號(hào)接口;實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需要的信號(hào)處理能力。

      遺憾的是,傳統(tǒng)上幾乎沒(méi)有設(shè)備同時(shí)具備這三種能力。PC/便攜終端等設(shè)備具備在線數(shù)據(jù)交換和信號(hào)處理能力,但缺乏與外部設(shè)備直接相連的數(shù)字/模擬I/O接口;具備傳感器數(shù)據(jù)采集/執(zhí)行結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備多為專(zhuān)用采集/驅(qū)動(dòng)板卡,很少有直接通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)的功能。傳統(tǒng)上此類(lèi)需求,通常需要將以上二者結(jié)合,使用PC加上專(zhuān)用采集/驅(qū)動(dòng)板卡,合成為傳統(tǒng)意義上的“工控機(jī)”,或開(kāi)發(fā)一體化板卡實(shí)現(xiàn)。

      然而,“工控機(jī)”本身體積大,功耗和成本都較高,并不完全適合泛在的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用;專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)板卡成本高且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。在這樣的“缺位”中,以樹(shù)莓派為代表的單板計(jì)算機(jī)異軍突起,成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用落地的一種快速和便捷的方式。

      1 小型單板計(jì)算機(jī)

      單板計(jì)算機(jī)指在一塊電路板上集成計(jì)算機(jī)核心部件,實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和計(jì)算功能的計(jì)算機(jī)。二十世紀(jì)七八十年代,單板計(jì)算機(jī)的概念已經(jīng)存在。在那個(gè)時(shí)候,將CPU、內(nèi)存、接口芯片、存儲(chǔ)器等集成到一塊電路板上是個(gè)宏大的工程,成本高昂,即使僅僅是使用這一設(shè)備也有較高的技術(shù)門(mén)檻。二十世紀(jì)八十年代之后,隨著單片機(jī)、DSP等集成度高,功耗低且成本低廉的計(jì)算/控制器件高速發(fā)展,逐漸普及并滲透到各行業(yè)中,傳統(tǒng)單板計(jì)算機(jī)逐漸淡出了歷史的舞臺(tái)。

      單板計(jì)算機(jī)重新回到人們視線中的標(biāo)志性事件是2012年2月,樹(shù)莓派基金會(huì)(Raspberry Pi Foundation)發(fā)布了由Eben Upton團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的單板計(jì)算機(jī)“樹(shù)莓派”。樹(shù)莓派是一塊基于ARM芯片的微型電腦主板,大小與一張信用卡相當(dāng),如圖1所示。樹(shù)莓派上集成了CPU、內(nèi)存、USB、音頻、視頻輸出接口、以太網(wǎng)卡、WLAN網(wǎng)卡、藍(lán)牙模塊,并將處理器的數(shù)字I/O接口部分引出,可以與外部設(shè)備相連。

      樹(shù)莓派通常運(yùn)行基于Debian的定制系統(tǒng)Raspbian,其“硬盤(pán)”是一塊可以插拔的Micro SD卡。也就是說(shuō),接上鼠標(biāo)/鍵盤(pán)和顯示器,樹(shù)莓派幾乎可以實(shí)現(xiàn)通用計(jì)算機(jī)的所有基本功能。盡管樹(shù)莓派的開(kāi)發(fā)初衷是為買(mǎi)不起計(jì)算機(jī)的學(xué)生,以及為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)編程和探索操作系統(tǒng)的平臺(tái),但其一經(jīng)推出,便受到了全球“極客”的追捧。截至2019年2月樹(shù)莓派7周年時(shí),全球銷(xiāo)量已經(jīng)突破了3 000萬(wàn)件,成為了繼Windows和Mac之后的第三大計(jì)算機(jī)平臺(tái)。至今,樹(shù)莓派硬件已經(jīng)迭代到了第4代。表1列舉了樹(shù)莓派4的主要指標(biāo),可見(jiàn)其性能已達(dá)到了媲美早期桌面計(jì)算機(jī)的水平。

      除表1中羅列的接口和功能外,樹(shù)莓派上的40針數(shù)字I/O引腳承擔(dān)了與外部傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)的連接和通信任務(wù)。這部分GPIO引腳部分可復(fù)用為I2C,UART和SPI等芯片間用的通信接口,或復(fù)用為PWM輸出引腳,用以連接傳感器、模擬轉(zhuǎn)換芯片(ADC / DAC等)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等外部設(shè)備。針對(duì)不同的應(yīng)用,許多第三方廠商開(kāi)發(fā)了被稱(chēng)之為“HAT”的擴(kuò)展板,集成所需要的傳感/交互/執(zhí)行模塊,并直接插到樹(shù)莓派的40針數(shù)字I/O接口上使用。除此之外,樹(shù)莓派板載的MIPI DSI接口可以直接與DSI觸控屏連接,使其具備脫離固定屏幕,成為一個(gè)獨(dú)立移動(dòng)設(shè)備的潛力;板載的CSI接口則可以直接連接攝像頭,為圖像/視頻捕捉和分析類(lèi)的應(yīng)用提供便利。

      2 小型單板計(jì)算機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

      由此可見(jiàn),樹(shù)莓派及以其為代表的單板計(jì)算機(jī),具備豐富的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)交換能力,能夠直接通過(guò)數(shù)字I/O與物理世界的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)交互,并且具備足夠的計(jì)算和處理能力,甚至可以在其上使用OpenCV等進(jìn)行簡(jiǎn)單的圖像和視頻處理。這一系列的功能完美符合前述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的所有需求。與傳統(tǒng)的“工控機(jī)”和“單板機(jī)”相比,其幾十美元的價(jià)格、直接用USB供電即可運(yùn)行的功耗、信用卡相當(dāng)大的尺寸,在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面具備難以撼動(dòng)的優(yōu)勢(shì)?;谶@樣的優(yōu)勢(shì),近年來(lái),有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)功能的各個(gè)門(mén)類(lèi)[1],例如智能家居[2-4]、安防監(jiān)控[5-7]、數(shù)據(jù)采集[8-10]、醫(yī)療[11-13]、機(jī)器人控制[14-16]等,都有基于此類(lèi)單板計(jì)算機(jī)的研究成果。

      除了學(xué)術(shù)界表現(xiàn)的興趣外,此類(lèi)單板計(jì)算機(jī)也已經(jīng)向物聯(lián)網(wǎng)/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)方向滲透。已有國(guó)內(nèi)外廠家發(fā)布了基于樹(shù)莓系列單板計(jì)算機(jī)成熟的工控模塊和板卡,提供針對(duì)專(zhuān)業(yè)工業(yè)控制場(chǎng)景、通信總線等的支持。代表產(chǎn)品包括了英國(guó)Embedded Micro Technology出品的MyPi,以及德國(guó)KUNBUS出品的Revolution Pi等,如圖2所示。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)巨頭通用電器(GE)也注意到并順應(yīng)了這一趨勢(shì),其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Predix也提供了對(duì)樹(shù)莓派作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)終端Predix Machine的官方支持。

      3 小型單板計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)和不足

      對(duì)當(dāng)前通用小型單板計(jì)算機(jī)技術(shù)特點(diǎn)的分析,將有助于研判這一類(lèi)型設(shè)備和技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。除同時(shí)滿足“連接性”“I/O接口豐富”和“具備一定處理能力”外,以樹(shù)莓派為代表的單板計(jì)算機(jī)在技術(shù)上及運(yùn)營(yíng)上也很好地符合了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

      (1)低成本

      即使是最近發(fā)布的樹(shù)莓派4,其基本版的定價(jià)依然維持了第一代的35美元。成本優(yōu)勢(shì)有利于吸引更多的開(kāi)發(fā)者進(jìn)行研發(fā),并且有助于成熟產(chǎn)品的大規(guī)模部署。針對(duì)部分帶有一定分布式計(jì)算屬性的應(yīng)用,或類(lèi)似室內(nèi)定位這樣需要多點(diǎn)部署的應(yīng)用來(lái)說(shuō),成本是需要考量的因素。

      (2)開(kāi)源生態(tài) / 軟件定義

      大部分單板計(jì)算機(jī)建立了自己的開(kāi)源生態(tài)圈。開(kāi)源生態(tài)使得更多開(kāi)發(fā)者能夠參與到這一項(xiàng)目中,并使得軟、硬件的擴(kuò)展方案能夠以指數(shù)級(jí)增加。在開(kāi)源生態(tài)的助力下,樹(shù)莓派目前已經(jīng)能夠支持C/C++,Python,Java,Perl等編程語(yǔ)言,并擁有大量可以直接引用,實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的庫(kù)。這些庫(kù)實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件板卡功能的“軟件定義”化,把硬件功能的開(kāi)發(fā)過(guò)程轉(zhuǎn)變成了成本更低的、更容易上手的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程,從而更進(jìn)一步地加速了應(yīng)用的落地。

      (3)多態(tài)性/可擴(kuò)展性

      針對(duì)部分應(yīng)用對(duì)網(wǎng)關(guān)/板卡的特殊要求,部分單板計(jì)算機(jī)還具有小型化 / 專(zhuān)業(yè)化的版本。例如除了常規(guī)面向愛(ài)好者,容易上手,接口齊全的樹(shù)莓派(3/3b/4)版本外,樹(shù)莓派基金會(huì)還發(fā)布過(guò)面向小體積、輕量化應(yīng)用的樹(shù)莓派Zero(輕量,小型化版本)和面向?qū)I(yè)人士,必須配合定制化開(kāi)發(fā)板卡才能使用的樹(shù)莓派計(jì)算模塊(工業(yè)級(jí)版本)等版本,如圖3所示。這樣的布局能讓開(kāi)發(fā)者將在標(biāo)準(zhǔn)版本上開(kāi)發(fā)的應(yīng)用無(wú)縫轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品上,進(jìn)一步加速應(yīng)用的落地。

      (4)不足:性能問(wèn)題

      相較于工控機(jī)/服務(wù)器,單板計(jì)算機(jī)最大的劣勢(shì)在于性能不足。受限于體積和能耗,到目前為止,單板計(jì)算機(jī)尚無(wú)法提供與PC并駕齊驅(qū)的計(jì)算能力和圖形處理能力。然而在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,一方面對(duì)計(jì)算性能要求并不高,另一方面從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,高速網(wǎng)絡(luò)和在云/邊緣部署的運(yùn)算能力能夠分擔(dān)終端設(shè)備的計(jì)算壓力,從而降低對(duì)終端設(shè)備計(jì)算能力的要求。在保證了終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換能力的前提下,其計(jì)算性能的相對(duì)劣勢(shì)并不會(huì)構(gòu)成對(duì)此類(lèi)設(shè)備在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中應(yīng)用的阻礙。

      3 結(jié) 語(yǔ)

      綜上所述,以樹(shù)莓派為代表的小型單板計(jì)算機(jī)同時(shí)具備連接性、計(jì)算能力和與物理設(shè)備直接連接的接口,適合作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的“網(wǎng)關(guān)”,促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的落地。低成本和開(kāi)源生態(tài)的特點(diǎn)更進(jìn)一步加強(qiáng)了其行業(yè)實(shí)用性,降低了從研發(fā)的門(mén)檻;豐富的設(shè)備形態(tài)和優(yōu)秀的擴(kuò)展性加速了其從研發(fā)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。未來(lái),網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換能力的提高所帶來(lái)的算力需求的降低,一定程度上規(guī)避了此類(lèi)設(shè)備的最大短板,將進(jìn)一步促進(jìn)此類(lèi)設(shè)備的發(fā)展及在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中的應(yīng)用。

      參考文獻(xiàn)

      [1]劉繼元.基于樹(shù)莓派的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[J].電子世界,2016,38(8):24-25.

      [2]張美平,吳德平,王燦杰,等.基于樹(shù)莓派的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2019,28(8):109-114.

      [3]陳鉑壘.基于樹(shù)莓派和神經(jīng)計(jì)算棒的智能家居機(jī)器人[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2019,19(7):56-59.

      [4]蔡舒旻,盛希寧.基于樹(shù)莓派和Arduino的室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù),2019,48(2):69-70.

      [5]郝林煒,梁穎.基于樹(shù)莓派+云服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控及家居控制系統(tǒng)的研究與實(shí)際應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2016,6(9):45-47.

      [6]汪樂(lè)章,林嫻,唐伊文,等.基于樹(shù)莓派與計(jì)算機(jī)視覺(jué)的家庭火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].電子測(cè)量技術(shù),2019,43(8):83-87.

      [7]秦超,劉正強(qiáng),劉林,等.基于樹(shù)莓派的人臉識(shí)別校園門(mén)禁管理系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2019,9(2):13-14.

      [8]唐俊,蔣健,謝申喜.基于樹(shù)莓派的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù),2017,38(3):98-100.

      [9]張一夫,陳天飛,馮明興.基于樹(shù)莓派的移動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2019,9(7):21-23.

      [10]楊梓謙,李彤,彭智敏,等.基于Arduino與樹(shù)莓派平臺(tái)的分布式數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2019,26(3):9-11.

      [11]吳超,黃亮,溫濤,等.基于樹(shù)莓派的無(wú)線病床呼叫系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2020,35(3):96-100.

      [12]黎敬濤,李航,黃北北,等.基于嵌入式技術(shù)的農(nóng)村醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2015,38(18):60-63.

      [13]謝勇,林小強(qiáng),陳旭輝,等.面向智慧醫(yī)療的家庭健康跟蹤系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2016,25(6):44-47.

      [14]楊叢叢,吳濤,張安峰,等.基于樹(shù)莓派的無(wú)線遙控移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制[J].軟件,2020,41(2):97-101.

      [15]陳茜茹,李志為.基于樹(shù)莓派的自動(dòng)跟隨行李箱[J].電子技術(shù)與軟件工程,2019,8(13):99-101.

      [16]曾杰,陳超波,趙楠,等.基于樹(shù)莓派的搜檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2019,47(3):700-705.

      猜你喜歡
      數(shù)據(jù)交換樹(shù)莓派網(wǎng)絡(luò)連接
      個(gè)性化設(shè)置 Win10 的網(wǎng)絡(luò)連接信息
      電腦報(bào)(2019年5期)2019-09-10 07:22:44
      運(yùn)動(dòng)想象的大尺度動(dòng)態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)連接
      XBRL在財(cái)務(wù)報(bào)表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用
      智能安全防盜探測(cè)小車(chē)
      中職學(xué)校教學(xué)資源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
      一種基于樹(shù)莓派的門(mén)禁系統(tǒng)快速構(gòu)建方法
      煙草物流中心工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      基于嵌入式技術(shù)的農(nóng)村醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)
      中小型網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)
      古浪县| 鸡泽县| 高密市| 中牟县| 敦煌市| 桃江县| 吴桥县| 景德镇市| 广南县| 新蔡县| 增城市| 封开县| 拉萨市| 赞皇县| 门源| 永德县| 武隆县| 丹凤县| 绿春县| 龙山县| 根河市| 乌鲁木齐市| 明星| 大理市| 南漳县| 通榆县| 天峨县| 大悟县| 辽阳市| 唐河县| 安平县| 安龙县| 宝应县| 蒲城县| 临夏县| 泰顺县| 武胜县| 高邑县| 永定县| 金沙县| 尼勒克县|