Das Internet der Dinge ist etwas, das in den letzten fünf Jahren in der öffentlichen Wahrnehmung gewachsen ist. Es wird hauptsächlich als der nächste logische Schritt von der Hausautomation angesehen, die äußerst beliebt war. Wir beginnen erst jetzt, die Anwendung des Internets der Dinge zu verstehen, da die damit verbundene Konnektivität das Potenzial hat, fast alles, was wir tun, zu verändern. Mit unseren Häusern verbunden zu sein, ist eine Sache, aber mit einem Ort auf der anderen Seite der Welt verbunden zu sein, ist etwas ganz anderes. Dies wirft Fragen auf, was über die Steuerung von linearen Aktuatoren und anderen Werkzeugen hinaus getan werden kann.
Was ist das Internet der Dinge?
Die Geschichte des Internets der Dinge reicht tatsächlich mehrere Jahrzehnte zurück. Der einzige Grund, warum es jetzt erst in den Blick der Öffentlichkeit rückt, ist die Begrenzung unserer Technologie zu dieser Zeit. Jetzt, da unsere Technologie den Punkt erreicht hat, an dem solche Dinge machbar sind, steht das Internet der Dinge vor dem nächsten großen Sprung. Forscher glauben, dass die Verbindungen zwischen all unseren Geräten den schnelleren und freieren Austausch von Informationen rund um die Verbindungen ermöglichen werden. Dies wird es uns ermöglichen, zu jeder Zeit mehr verbunden und in Kontakt miteinander und mit unseren Häusern zu sein. Die ersten Anwendungen davon waren im Bereich der Hausautomation.
Automation in der modernen Welt herrscht vor. Ursprünglich in Fabriken und Anlagen eingesetzt, um Menschen von körperlich anstrengenden und sich wiederholenden Arbeiten zu entlasten, haben automatisierte Geräte und Cobots die Werkstätten verlassen und sich auf eine Vielzahl von Aktivitäten ausgeweitet. Wir schätzen den Komfort und die Bequemlichkeit, die diese unermüdlichen stillen Helfer bringen, und laden sie in unsere Häuser ein, wo sie damit beginnen, unsere alltäglichen Aufgaben und Freizeitbeschäftigungen zu optimieren. Automatisierte Spielereien überschwemmten unsere Küchen und Schlafzimmer, Arbeitszimmer und Garagen und verwandelten sie in hochmoderne Zufluchtsorte, in denen Menschen sich zurücklehnen und Technologien all ihren Launen nachgeben lassen können.
Der nächste logische Schritt auf dem Weg zur vollständigen Automatisierung unserer Umgebung besteht darin, alle Geräte zu verbinden, um ihre Zusammenarbeit zu ermöglichen, anstatt viele von ihnen isoliert zu behandeln. Dieser Schritt wurde mit der Einweihung des IoT – des Internets der Dinge – gemacht.
Das IoT und Aktuatoren
Lineare Aktuatoren sind für das Internet der Dinge so wichtig, weil sie einen integralen Bestandteil vieler verschiedener Geräte sowohl im als auch außerhalb des Hauses bilden. Sicherheitssysteme sind ein gutes Beispiel dafür. Da lineare Aktuatoren in vielen Systemen verwendet werden, um die Nutzung und Reichweite einer Kamera zu erweitern, kann das Internet der Dinge sie auf verschiedene Weise nutzen. Zum Beispiel kann das Auslösen der Sensoren des Systems bedeuten, dass das Internet der Dinge aktiviert wird, um Informationen vom Sicherheitssystem an ein mobiles Gerät irgendeiner Art zu senden. IoT-Aktuatoren können auch gesteuert werden, um die Analogie des Sicherheitssystems erneut zu verwenden. Nachdem ein mögliches Problem erkannt wurde, kann das IoT die Kontrolle über die Aktuatoren übernehmen und die Kamera drehen, um klarer zu sehen, was passiert.
Ohne Aktuatoren wäre das Internet der Dinge nicht in der Lage, die notwendigen Änderungen selbst vorzunehmen, und würde somit auf die bloße Steuerung und Interaktion mit verschiedenen Geräten reduziert. Das Internet der Dinge ist auf elektrische Aktuatoren angewiesen, um Bewegung zu erreichen. Aktuatoren sind auch eine gute Möglichkeit, das Internet der Dinge für sich selbst zu erweitern, da sie es uns ermöglichen, Änderungen aus der Ferne vorzunehmen und die Kommunikation über größere Entfernungen zu unterstützen.
Wie Aktuatoren über das IoT gesteuert werden könnten
Die Automatisierung des Internets der Dinge kann über eine Open-Source-Plattform wie Raspberry Pi oder Arduino gesteuert werden. Während Raspberry Pi einfacher ist als Arduino, ist es ein kleiner Computer, der mit verschiedenen Peripheriegeräten und Ein-/Aus-Schaltern verwendet werden kann. Dies ermöglicht es jemandem mit dieser Art von Computer, ihn über das Internet der Dinge zu verwenden, um alle Aktuatoren zu steuern, die damit verbunden sind.
Das Erstellen des Internets der Dinge mit der Open-Source-Plattform Arduino ist natürlich etwas anders als die Verwendung von Raspberry Pi, hauptsächlich aufgrund der Größenunterschiede. Arduino ist eine Open-Source-Plattform, die sowohl mit Eingangs- als auch Ausgangssignalen arbeitet. Wenn es ein spezifisches Eingangszeichen erkennt, für das es trainiert wurde, oder das auf irgendeine Weise direkt damit verbunden ist, kann es ein Signal an anderer Stelle senden. Die Anwendungen für lineare Aktuatoren sind daher leicht zu erkennen. Ein Signal, das von etwas in Arduino empfangen wird, könnte der Auslöser sein, dass einige lineare Aktuatoren in einer bestimmten Maschine starten, wenn sie selbst ein ausgehendes Signal empfangen. Aufgrund der enormen Natur von Arduino und seiner Open-Source-Plattform sind die Möglichkeiten für lineare Technologie im Internet der Dinge nahezu endlos.
Wie IoT-Geräte funktionieren
Die Funktionsweise von IoT-Systemen umfasst eine Architektur mit drei Schichten.
Schicht 1
Schicht 1 ist physisch. Sie umfasst verbundene Sensoren, die Daten sammeln und diese weiter übertragen. Da diese Sensoren potenziell jede Art von Daten erzeugen können, ist es für die industrielle IoT-Anwendung wichtig, die empfangenen Informationen zu filtern, um irrelevante Nachrichten auszusondern und dringende hervorzuheben. Zum Beispiel Bedrohungserkennung, plötzliche Abschaltungen usw. Wenn die Datensammlung des IoT eine anschließende tiefgehende Analyse erfordert, sollten sie nicht auf den Computern des Unternehmens gespeichert, sondern in die Cloud verlagert werden.
Schicht 2
Schicht 2 ist im Wesentlichen ein IoT-Sensornetzwerk, das mit einem DAS (Datenakquisitionssystem) ausgestattet ist. Letzteres wird verwendet, um Signale, die von Datensensoren erhalten werden, normalerweise analoge Wellenformen, in digitale Werte umzuwandeln, die von einem Computer verarbeitet werden. Dann leitet das Internet-Gateway die digitalisierten Daten über Wi-Fi oder ein kabelgebundenes lokales Netzwerk an Schicht 3 weiter. Ein weiteres zwingendes Erfordernis für die Datenübertragung ist Middleware. Es handelt sich um Software, die die Datenbank und Anwendungen verbindet und die Kohärenz und Verwaltung aller IoT-Komponenten gewährleistet.
Schicht 3
Schicht 3 ist der Ort, an dem die Reaktion auf die Daten stattfindet. Die dafür verantwortlichen Geräte erhalten einen Befehl, um gemäß den vorab festgelegten Algorithmen zu funktionieren.
IoT-Sensoren
Diese Sensoren sind Module, die Umweltveränderungen erkennen, um Informationen über die anderen Elemente des Systems zu erhalten, mit dem sie verbunden sind. Die Signale über den Zustand der Umgebung werden in digitalen Code umgewandelt. Ein IoT-Sensor ist somit ein Untertyp eines Transducers, eines Geräts, das eine Art von Energie in eine andere umwandelt. Der Unterschied zwischen Sensoren und Transducern besteht darin, dass letzterer ein allgemeinerer Begriff ist, der alle Geräte umfasst, die eine Energieumwandlung ermöglichen, während ersterer nur physikalische Phänomene in elektrische Signale umwandelt.
Heutzutage ist die Vielfalt der Sensoren erstaunlich. Passive Sensoren benötigen beispielsweise keine externe Stromquelle, um zu funktionieren, während aktive dies tun. Je nach dem in ihnen implementierten Erkennungsverfahren werden Sensoren in mechanische, thermische, elektrische und chemische Typen unterteilt. Alle diese basieren auf Sensoren, was bedeutet, dass sie nur einen Wert messen können, aber die empfangene Eingabe nicht analysieren können, da sie nicht mit Prozessoren ausgestattet sind. Die Technologie der IoT-Sensoren nutzt zwei völlig unterschiedliche Arten von Geräten.
- Intelligente Sensoren sind mit digitalen Bewegungsprozessoren (DMPs) ausgestattet, die die erhaltenen Daten analysieren können, bevor sie über das Kommunikationsmodul an die Netzwerkschicht übertragen werden. Solche Sensoren können auch Kompensationsfilter, Verstärker und andere Komponenten enthalten, die ihren Betrieb erleichtern.
- Intelligente Sensoren sind verbesserte intelligente Sensoren, die zusätzlich zu dem, was letztere tun können, in der Lage sind, sich selbst zu validieren und zu identifizieren sowie sich anzupassen und zu testen. Darüber hinaus können sie sogar als IoT-Controller fungieren, der die Antworten steuert, was sie effektiv zu spezialisierten Hardware macht.
So wichtig Sensoren für das IoT sein mögen, es sind die Geräte der Schicht 3, die letztendlich die Umsetzung der Aufgaben bestimmen.
Ein Beispiel für die Funktionsweise des IoT
Das folgende Beispiel untersucht IoT-Aktuatoren in der Landwirtschaft.
Die Sensoren des Internets der Dinge sammeln Informationen über die Menge an Feuchtigkeit im Boden, um zu bestimmen, wie intensiv die Bewässerung der Pflanzen sein sollte. Diese Daten werden durch die Wettervorhersage ergänzt, die aus dem Internet bezogen wird und informiert, ob in einem bestimmten Gebiet in naher Zukunft mit Regen zu rechnen ist. Als Reaktion auf diese Eingabedaten wird das Bewässerungssystem automatisch eingeschaltet, wenn eine Dürre vorhergesagt wird, und gibt die genaue Menge Wasser ab, die die Pflanzen benötigen.
Wie man sehen kann, hängt die ordnungsgemäße Funktionsweise des gesamten Systems weitgehend von den Sensoren für das Internet der Dinge ab.
Fazit
Das Internet der Dinge wächst so schnell, dass zahlreiche Möglichkeiten ans Licht kommen, was wir damit tun könnten. Obwohl die meisten Menschen es durch die Hausautomation kennen, gibt es beim Internet der Dinge viel mehr. IoT-Sensoren und -Aktuatoren gewährleisten eine präzise Datensammlung und eine genaue Reaktion, die durch die vorherige Programmierung festgelegt ist, und ebnen so den Weg zur Optimierung zahlreicher Aspekte unseres Lebens. Dieser Artikel ging detailliert darauf ein, wie insbesondere lineare Aktuatoren speziell vom Internet der Dinge betroffen wären und wie wir sie steuern und nutzen könnten.