IoT-For-Beginners/translations/sr/4-manufacturing/lessons/4-trigger-fruit-detector

Покретање детекције квалитета воћа помоћу сензора

Скица од Nitya Narasimhan. Кликните на слику за већу верзију.

Квиз пре предавања

Квиз пре предавања

Увод

IoT апликација није само један уређај који прикупља податке и шаље их у облак, већ често укључује више уређаја који заједно раде на прикупљању података из физичког света помоћу сензора, доносе одлуке на основу тих података и интерагују са физичким светом преко актуатора или визуализација.

У овој лекцији ћете научити више о архитектури сложених IoT апликација, укључујући више сензора, различите облачне услуге за анализу и складиштење података, као и приказивање одговора преко актуатора. Научићете како да осмислите прототип система за контролу квалитета воћа, укључујући употребу сензора близине за покретање IoT апликације и како би изгледала архитектура овог прототипа.

У овој лекцији обрађујемо:

• Архитектура сложених IoT апликација
• Дизајн система за контролу квалитета воћа
• Покретање провере квалитета воћа помоћу сензора
• Подаци који се користе за детектор квалитета воћа
• Коришћење развојних уређаја за симулацију више IoT уређаја
• Прелазак на производњу

🗑 Ово је последња лекција у овом пројекту, па након што завршите лекцију и задатак, не заборавите да очистите своје облачне услуге. Биће вам потребне услуге за завршетак задатка, па се уверите да сте прво то завршили.

Погледајте водич за чишћење пројекта ако су вам потребна упутства како то да урадите.

Архитектура сложених IoT апликација

IoT апликације се састоје од многих компоненти, укључујући различите уређаје и интернет услуге.

IoT апликације могу се описати као ствари (уређаји) који шаљу податке који генеришу увиде. Ови увиди генеришу акције за побољшање пословања или процеса. Пример је мотор (ствар) који шаље податке о температури. Ови подаци се користе за процену да ли мотор ради како се очекује (увид). Увид се користи за проактивно приоритизовање распореда одржавања мотора (акција).

• Различите ствари прикупљају различите делове података.
• IoT услуге пружају увиде на основу тих података, понекад их допуњују подацима из додатних извора.
• Ови увиди покрећу акције, укључујући контролу актуатора у уређајима или визуализацију података.

Референтна IoT архитектура

Горњи дијаграм приказује референтну IoT архитектуру.

🎓 Референтна архитектура је пример архитектуре коју можете користити као референцу приликом дизајнирања нових система. У овом случају, ако градите нови IoT систем, можете следити референтну архитектуру, замењујући своје уређаје и услуге где је то прикладно.

• Ствари су уређаји који прикупљају податке са сензора, можда интерагујући са edge услугама за интерпретацију тих података, као што су класификатори слика за интерпретацију података слике. Подаци са уређаја се шаљу IoT услузи.
• Увиди долазе из serverless апликација или из аналитике која се изводи на складиштеним подацима.
• Акције могу бити команде послате уређајима или визуализација података која омогућава људима да доносе одлуке.

Горњи дијаграм приказује неке од компоненти и услуга које су обрађене у овим лекцијама и како се повезују у референтној IoT архитектури.

• Ствари - писали сте код за уређаје за прикупљање података са сензора и анализу слика користећи Custom Vision који ради у облаку и на edge уређају. Ови подаци су послати у IoT Hub.
• Увиди - користили сте Azure Functions за одговор на поруке послате у IoT Hub и складиштили податке за каснију анализу у Azure Storage.
• Акције - контролисали сте актуаторе на основу одлука донетих у облаку и команди послатих уређајима, и визуализовали податке користећи Azure Maps.

✅ Размислите о другим IoT уређајима које сте користили, као што су паметни кућни апарати. Које су ствари, увиди и акције укључени у тај уређај и његов софтвер?

Овај образац може се проширити на велики или мали обим, додајући више уређаја и више услуга.

Подаци и безбедност

Док дефинишете архитектуру свог система, потребно је да стално разматрате податке и безбедност.

• Које податке ваш уређај шаље и прима?
• Како ти подаци треба да буду обезбеђени и заштићени?
• Како треба контролисати приступ уређају и облачној услузи?

✅ Размислите о безбедности података било ког IoT уређаја који поседујете. Колико је тих података личних и треба да остану приватни, како у транзиту тако и када су складиштени? Који подаци не би требало да буду складиштени?

Дизајн система за контролу квалитета воћа

Сада ћемо применити идеју ствари, увида и акција на наш детектор квалитета воћа како бисмо осмислили већи крајњи систем.

Замислите да сте добили задатак да изградите детектор квалитета воћа који ће се користити у фабрици за прераду. Воће се креће на систему транспортних трака где тренутно запослени ручно проверавају воће и уклањају незрело воће када стигне. Да би смањио трошкове, власник фабрике жели аутоматизован систем.

✅ Један од трендова са растом IoT-а (и технологије уопште) је да се ручни послови замењују машинама. Истражите: Колико се процењује да ће послова бити изгубљено због IoT-а? Колико нових послова ће бити створено за изградњу IoT уређаја?

Потребно је да изградите систем где се воће детектује када стигне на транспортну траку, затим се фотографише и проверава помоћу AI модела који ради на edge уређају. Резултати се затим шаљу у облак ради складиштења, а ако је воће незрело, шаље се обавештење како би се незрело воће уклонило.

Ствари	Детектор за воће које стиже на транспортну траку Камера за фотографисање и класификацију воћа Edge уређај који покреће класификатор Уређај за обавештавање о незрелом воћу
Увиди	Одлука о провери зрелости воћа Складиштење резултата класификације зрелости Одређивање потребе за обавештавањем о незрелом воћу
Акције	Слање команде уређају за фотографисање воћа и проверу помоћу класификатора слика Слање команде уређају за обавештавање да је воће незрело

Прототипирање апликације

Горњи дијаграм приказује референтну архитектуру за ову прототип апликацију.

• IoT уређај са сензором близине детектује долазак воћа. Ово шаље поруку у облак да је воће детектовано.
• Serverless апликација у облаку шаље команду другом уређају да фотографише и класификује слику.
• IoT уређај са камером фотографише и шаље слику класификатору слика који ради на edge уређају. Резултати се затим шаљу у облак.
• Serverless апликација у облаку складишти ове информације ради касније анализе како би се утврдило који проценат воћа је незрео. Ако је воће незрело, шаље команду другом IoT уређају да обавести раднике у фабрици о незрелом воћу преко LED-а.

💁 Цела IoT апликација могла би бити имплементирана као један уређај, са свом логиком за покретање класификације слика и контролу LED-а уграђеном. Могла би користити IoT Hub само за праћење броја детектованог незрелог воћа и конфигурисање уређаја. У овој лекцији је проширена како би се демонстрирали концепти за велике IoT апликације.

За прототип, све ћете имплементирати на једном уређају. Ако користите микроконтролер, онда ћете користити посебан edge уређај за покретање класификатора слика.

Покретање провере квалитета воћа помоћу сензора

IoT уређају је потребан неки вид покретача који указује када је воће спремно за класификацију. Један од покретача за ово могао би бити мерење када је воће на правом месту на транспортној траци мерењем удаљености до сензора.

Сензори близине могу се користити за мерење удаљености од сензора до објекта. Обично емитују зрак електромагнетног зрачења, као што је ласерски зрак или инфрацрвена светлост, а затим детектују зрачење које се одбија од објекта. Време између слања ласерског зрака и повратка сигнала може се користити за израчунавање удаљености до сензора.

💁 Вероватно сте користили сензоре близине а да то нисте ни знали. Већина паметних телефона искључује екран када их држите уз ухо како бисте спречили случајно прекидање позива ушном ресицом, а то функционише помоћу сензора близине који детектује објекат близу екрана током позива и онемогућава функцију додира док телефон не буде на одређеној удаљености.

Задатак - покретање детекције квалитета воћа помоћу сензора удаљености

Прођите кроз одговарајући водич за коришћење сензора близине за детекцију објекта помоћу вашег IoT уређаја:

• Arduino - Wio Terminal
• Рачунар са једном плочом - Raspberry Pi
• Рачунар са једном плочом - Виртуелни уређај

Подаци који се користе за детектор квалитета воћа

Прототип детектора воћа има више компоненти које међусобно комуницирају.

• Сензор близине који мери удаљеност до комада воћа и шаље то у IoT Hub
• Команда за контролу камере која долази из IoT Hub-а до уређаја са камером
• Резултати класификације слика који се шаљу у IoT Hub
• Команда за контролу LED-а за обавештавање о незрелом воћу која се шаље из IoT Hub-а до уређаја са LED-ом

Добро је дефинисати структуру ових порука унапред, пре него што изградите апликацију.

💁 Скоро сваки искусни програмер је у неком тренутку своје каријере провео сате, дане или чак недеље трагајући за грешкама узрокованим разликама у подацима који се шаљу у односу на оно што се очекује.

На пример - ако шаљете информације о температури, како бисте дефинисали JSON? Могли бисте имати поље названо temperature, или бисте могли користити уобичајену скраћеницу temp.

{
    "temperature": 20.7
}

упоређено са:

{
    "temp": 20.7
}

Такође морате размотрити јединице - да ли је температура у °C или °F? Ако мерите температуру помоћу потрошачког уређаја и они промене јединице приказа, морате се уверити да јединице послате у облак остају конзистентне.

✅ Истражите: Како су проблеми са јединицама узроковали пад Mars Climate Orbiter-а вредан 125 милиона долара?

Размислите о подацима који се шаљу за детектор квалитета воћа. Како бисте дефинисали сваку поруку? Где бисте анализирали податке и доносили одлуке о томе које податке да шаљете?

На пример - покретање класификације слика помоћу сензора близине. IoT уређај мери удаљеност, али где се доноси одлука? Да ли уређај одлучује да је воће довољно близу и шаље поруку IoT Hub-у да покрене класификацију? Или шаље мерења удаљености и дозвољава IoT Hub-у да одлучи?

Одговор на оваква питања је - зависи. Сваки случај употребе је различит, због чега као IoT програмер морате разумети систем који градите, како се користи и податке који се детектују.

• Ако се одлука доноси у IoT Hub-у, потребно је да шаљете више мерења удаљености.
• Ако шаљете превише порука, то повећава трошкове IoT Hub-а и количину пропусног опсега потребног вашим IoT уређајима (посебно у фабрици са милионима уређаја). Такође може успорити ваш уређај.
• Ако доносите одлуку на уређају, потребно је да обезбедите начин за конфигурисање уређаја ради фино подешавања машине.

Коришћење развојних уређаја за симулацију више IoT уређаја

Да бисте изградили свој прототип, потребно је да ваш Io

💁 Имајте на уму да неки хардвер неће функционисати ако му истовремено приступају више апликација.

Симулирање више уређаја на микроконтролеру

Микроконтролери су сложенији за симулирање више уређаја. За разлику од рачунара са једном плочом, не можете покренути више апликација истовремено; морате укључити сву логику за све засебне IoT уређаје у једну апликацију.

Неке препоруке за олакшање овог процеса су:

• Направите једну или више класа за сваки IoT уређај – на пример, класе назване DistanceSensor, ClassifierCamera, LEDController. Свака од њих може имати своје методе setup и loop које позивају главне функције setup и loop.
• Обрађујте команде на једном месту и усмеравајте их ка одговарајућој класи уређаја по потреби.
• У главној функцији loop мораћете да узмете у обзир временско одређивање за сваки различити уређај. На пример, ако имате једну класу уређаја која треба да се обрађује сваких 10 секунди, а другу која треба да се обрађује сваких 1 секунду, онда у главној функцији loop користите кашњење од 1 секунде. Сваки позив функције loop покреће релевантни код за уређај који треба да се обрађује сваке секунде, а користите бројач за бројање сваког циклуса, обрађујући други уређај када бројач достигне 10 (и ресетујући бројач након тога).

Прелазак на производњу

Прототип ће представљати основу за коначни производни систем. Неке од разлика када пређете на производњу су:

• Робусније компоненте – коришћење хардвера дизајнираног да издржи буку, топлоту, вибрације и стрес фабрике.
• Коришћење интерне комуникације – неке компоненте би комуницирале директно, избегавајући слање података у облак, само шаљући податке у облак ради складиштења. Како се то ради зависи од поставке фабрике, било директном комуникацијом или покретањем дела IoT услуге на ивици користећи gateway уређај.
• Опције конфигурације – свака фабрика и случај употребе су различити, па хардвер мора бити конфигурабилан. На пример, сензор близине можда треба да детектује различито воће на различитим удаљеностима. Уместо да се удаљеност за покретање класификације кодира унапред, желели бисте да то буде конфигурабилно преко облака, на пример коришћењем device twin-а.
• Аутоматско уклањање воћа – уместо LED-а који упозорава да је воће незрело, аутоматски уређаји би га уклонили.

✅ Урадите мало истраживања: На који други начин би производни уређаји били различити од развојних комплета?

---

🚀 Изазов

У овом лекцији сте научили неке од концепата које треба да знате о томе како да архитектујете IoT систем. Присетите се претходних пројеката. Како би се они уклопили у референтну архитектуру приказану изнад?

Изаберите један од досадашњих пројеката и размислите о дизајну сложенијег решења које обједињује више могућности изван онога што је покривено у пројектима. Нацртајте архитектуру и размислите о свим уређајима и услугама које би вам биле потребне.

На пример – уређај за праћење возила који комбинује GPS са сензорима за праћење ствари као што су температуре у хладњачи, време укључивања и искључивања мотора и идентитет возача. Који су уређаји укључени, које услуге су укључене, који подаци се преносе и које су безбедносне и приватне мере?

Квиз након предавања

Квиз након предавања

Преглед и самостално учење

• Прочитајте више о IoT архитектури на Azure IoT референтној архитектури документације на Microsoft docs
• Прочитајте више о device twin-овима у разумевање и коришћење device twin-ова у IoT Hub документацији на Microsoft docs
• Прочитајте о OPC-UA, протоколу за комуникацију између машина који се користи у индустријској аутоматизацији на OPC-UA страници на Википедији

Задатак

Направите детектор квалитета воћа

---

Одрицање од одговорности:
Овај документ је преведен коришћењем услуге за превођење помоћу вештачке интелигенције Co-op Translator. Иако се трудимо да обезбедимо тачност, молимо вас да имате у виду да аутоматски преводи могу садржати грешке или нетачности. Оригинални документ на његовом изворном језику треба сматрати ауторитативним извором. За критичне информације препоручује се професионални превод од стране људи. Не преузимамо одговорност за било каква погрешна тумачења или неспоразуме који могу настати услед коришћења овог превода.