A12 Sensoren, IoT und Edge Computing

Thema

Systeme des Internets der Dinge (IoT) integrieren drei Komponenten: Sensoren zur Erfassung physikalischer Größen, lokale Datenverarbeitung zur Interpretation dieser Daten und drahtlose Kommunikation zur Übertragung an den Zielort. Viele gängige physikalische Sensoren – beispielsweise solche, die auf Temperatur, mechanische Verformung oder Lichtintensität reagieren – funktionieren, indem sie ihren elektrischen Widerstand proportional zur Messgröße ändern. Dieser Widerstand wurde bereits im zweiten Modell dieses Katalogs beschrieben. Um diese geringe Widerstandsänderung in ein leicht messbares Spannungssignal umzuwandeln, wird üblicherweise eine Messbrücke verwendet, die jegliche durch diese Änderung verursachte Unwucht proportional verstärkt.

Vor der Digitalisierung eines Sensorsignals empfiehlt es sich, dieses aufzubereiten: Es sollte verstärkt und gefiltert werden, um den vollen Dynamikbereich des im ADC/DAC-Modell beschriebenen Wandlers auszunutzen und unerwünschtes Rauschen zu eliminieren, bevor es mit dem Signal um denselben Bereich konkurriert.

Die Wahl eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls für ein IoT-Gerät (Internet der Dinge) ist stets ein Kompromiss zwischen Reichweite, Geschwindigkeit und Stromverbrauch – dem gleichen Energiemanagement, das bereits im Mikrocontroller-Modell beschrieben wurde. Je nach Anwendung und der für den jeweiligen Anwendungsfall wichtigsten dieser drei Faktoren werden unterschiedliche Protokolle bevorzugt.

Edge Computing verlagert einen Teil der intelligenten Verarbeitung – darunter zunehmend auch die Inferenz von Modellen des maschinellen Lernens – direkt auf das Gerät selbst, anstatt alle Daten an einen entfernten Server zu senden. Dies reduziert die Reaktionszeit, den Stromverbrauch bei der Datenübertragung und die Abhängigkeit von einer ständigen Verbindung.

Deshalb zeigt dieses Modul, das mit einem Sensor beginnt, der eine physikalische Größe in Widerstand umrechnet, abschließend, dass das gesamte System – Signalaufbereitung, Kommunikationsprotokoll, Edge-Verarbeitung – dazu dient, dasselbe grundlegende Problem zu lösen: aus dem schwachen und verrauschten Signal so viele nützliche Informationen wie möglich zu extrahieren und dabei so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen.

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