低成本工业自动化智能联网系统设计
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物联网的主要3层架构：装置端、闸道端、云端，只要将这些连接起来，便可形成一种智能联网系统。而工厂要达到自动化，其智能联网系统便包含了移动设备、智能闸道器与传感？致动网络，以这样的架构，便可组合出低成本的工业自动化智能联网系统。就让中央大学的教授，来分享他们的看法与应用实绩…
论坛最后，由国立中央大学信息工程学系专任副教授兼智财技转中心组长陈庆瀚博士，针对「低成本工业自动化智能联网系统设计」之议题做演说，他表示早在上个世纪90年代，曾开发过1位元的微控制器(当时称作Microprogram Controller)，可控制16个离散状态的工业设备。
随着工业控制的需求增加，MCU发展到4、8、16到现在的32位元，传输方式从低速到高速、从有线到无线，加上周边控制器的增加，组合出更多新的功能与应用，让微控制器快速渗透进的工业自动化应用，特别是新兴的工业智能联网浪潮。
典型的智能联网架构，可分成3层。第1层为传感与控制元件(如传感器、PLC、HMI、运动控制器、DIO装置、RFID读写器)，也就是装置端层；第2层为智能闸道器(如RS232/485串行转换、ZigBee Ethernet，与TCP/IP连结到IP闸道器)，也就是闸道？中继层；智能联网架构的第3层是智能云端服务和移动运算平台，亦即透过手机？平板？电脑来进行自动化设备和装置的线上开发、部署、监控和管理。
在智能联网的第一层和第二层有许多技术的实现，都会运用到微控制器来设计，使得微控制器在工业智能联网系统越来越扮演重要的角色。
上述架构，对应到居家？楼宇监控应用中，第1层就变成RFID读写器、灯光、亮度、温湿度传感器、指纹扫描仪、摄影机，透过RS485/2.4G RF汇聚到第2层的闸道器，经由TCP/IP传到第3层云端服务器，便可透过手机来管理与监控。
同样地，若应用在工业自动化领域时，这个智能联网架构的第1层就换成许多各式工业传感器(亮度、温湿度、倾斜？震动、色彩)和致动器？DIO？照明装置、以及各式自动化设备，如PLC？HMI？工业摄影机等，藉由现场总线连接至以太网络闸道器，再传送至第3层云端交由手机？平板？电脑进行线上管理与监控。
工控技术挑战多 选对架构不用愁
工业自动化的智能联网系统，涵盖了：1. 移动设备；2. 智能闸道器；3.传感？致动网络。其中1到2为云端？移动运算，须具备高性能、易扩充、多功能等特性；而2到3为嵌入式运算，须具备低成本、高可靠、实时性等特色。
然而工业智能联网技术的挑战，在于开发周期太长、元件成本高、耗电过高、非实时性、可靠度不足、部署困难、网络节点无法同步、缺乏智能管理机制。因此，可以透过星形拓朴、内建网络IEEE1588精确时间同步协定、Modbus通讯协定、智能闸道器及装置管理引擎，来简化其系统设计。
陈庆瀚举例以其微控制器实作工业一个实时、高可靠度的智能自动化端子台，包含闸道器平台模块、传感器？致动器模块。并可透过Modbus通讯协定来做DIO(slave)和闸道器(master)通讯。
在Modbus通讯协定的嵌入式软件实作上，Master端透过功能码？数据的请求，送到Slave端接收到请求后，即执行操作，然后将响应(操作码/数据响应)传回给Master端，以接收响应。MCU实作IEEE1588精密时间同步协定得以使自动化装置达到精确度极高的同步数据撷取或事件同动。在闸道器端实作了一个嵌入式HTTP服务器，使线上使用者可以藉由网页设定和监控底层装置网络。
自动化下个目标 智能传感来代劳
在应用案例部分，以智能瓦斯表抄表物联网中，装置端可以透过无线抄表视觉模块，串连到智能闸道器，其内含GVM线上互动核心、RF无线通讯、嵌入式Web服务器、GPRS模块(透过移动网络来监控)与Ethernet(连接至Internet)。
智能影像传感网络中，其Camera的MCU具备影像、dPTZ、UART、Modbus slave功能，可将摄录到的影像透过DCMI、I2C等界面传至核心MCU，最后在透过USB、UART/SPC/I2C或Wi-Fi传至PC或其他装置。
在渔业应用中，以大闸蟹养殖监控物联网为例，就包含了溶氧量、氨氮、水温、溢位、温湿度等5种感应器模块，串连后便连结至物联网闸道器，然后即可透过Wi-Fi的方式，连至云端数据库模块，并透过云端&移动平台来做监控。
同理，穿戴式传感器网络亦可以透过此架构，在核心内建各式智能传感器(如加速计、磁力计、陀螺仪、音讯、温湿度、环境光等传感器)，让智能手表与云端做连结。
最后结论，也就是智能联网的下一步，就是：1.智能传感与控制装置上，要具备自我诊断、记忆、容错等能力；2.智能闸道器部分，要有整合异质性网络的闸道器、提供装置网络与线上移动设备的计算服务；3.智能线上移动设备，能具备线上开发、部署、监控等能力。
