Anturiteknologian nykytila ja sen kehitysnäkymät JUKKA PIRINEN, JUPITEK OY 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 1
DI Jukka Pirinen 20 vuoden kokemus teollisuuden mittaus- ja informaatiojärjestelmistä 10 vuotta kouluttajana ja opettaja 5 vuotta mukana erilaisissa IoT-projekteissa Founding Partner, Nuukasolutions Oy IoT - käytännössä koulutukset IoT Pajat Verkostossa erilaisia osaajia sulautetuista data analyysiin 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 2
IoT- laitteiden kasvu- Cisco Liitettyjen laitteiden määrän odotetaan kasvavan 50 miljardiin 2020 hyperconnected world Asiat jotka mahdollistavat tämän: - Sensoreiden ja antureiden kehittyminen - Mikroprosessoreiden kehittyminen, Muistin halpeneminen Sulautetut Datakeskukset - Tietoliikenteen kehittyminen - Ohjelmoijien määrän kasvu https://www.ncta.com/platform/industry-news/infographic-the-growth-of-the-internet-of-things/ 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 3
https://bensontao.wordpress.com/2013/10/06/vivante-internet-of-things/ JUKKA PIRINEN, ERKKI RÄSÄNEN, IOT-KÄYTÄNNÖSSÄ 4
Antureiden ja anturiverkkojen suurkuluttajat Autoteollisuus Mobiililaitteet Kodin kulutustavarat Teollisuus Rakennukset Energian tuotto, jakelu ja kulutus SmartGrid Muut kulkuvälineet Maanviljely Älykkäät kaupungit Sairaalat Kodit ja asuminen Turvajärjestelmät Liikunta ja harrastukset Älyvaatteet... 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 5
IoT Stack Tarve Palvelu Data-analyysi Tietokanta (pilvi) Tiedonsiirto Sensorit, mittaus IoT Stack kuvaa millaisia kerroksia tarvitaan muodostamaan kokonaisuus. Tärkeintä on löytää Tarve eli minkä vuoksi systeemi luodaan. Se ohjaa muuta kehitystä Kerrosten välinen kommunikointi toteutetaan käyttämällä erilaisia API:ja API:en toiminta on erittäin tärkeää toimivan kokonaisuuden kannalta 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 6
IoT-palvelun rakenne Käyttäjähallinta ja tietoturva Laitehallinta API Appsit Analytiikka Tietokanta Tiedonsiirto API:t API API Ulkoiset tietolähteet Integraatio muihin järjestelmiin Sulautettu ohjelmisto Laite/Hardware https://hbr.org/2014/11/how-smartconnected-products-are-transformingcompetition 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 7
Anturit 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 8
Reunalaitteet Analog I2C SPI Ethernet Zigbee Wifi BLE 6LowSpan Radio Anturit Sulaututetut Gateway 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 9
Anturit Nykyisiä ja tulevaisuuden trendejä Sensorit MEMS Painettu elektroniikka 3D-tulostus Optiset menetelmät Piezo-sähköiset Konenäkö RFID... Massatuotanto alentaa yksikkökustannuksia Uudet menetelmät mahdollistavat edullisempien antureiden valmistamisen 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 10
Anturin rakenne Anturityypit ja rakenne Kommunikaatio Signaalin käsittely Signaalin esikäsittely Anturien valmistus Signaalinkäsittely Mittaus 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 11
Rajoitteet ja haasteet anturiverkolle Hinta Käyttettävyys Energian keruu ja talteenotto (Energy Harvesting) Luotettavuus Laajennettavuus Kapasiteetti Liitettävyys Tietoturva Standardit Kaistanleveys 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 12
Sulautetutlaitteet ja tiedonsiirto
Prosessorit ja IoT-alustat Mikrokontonrollerit ja prosessorit ATMEL, ARM, STMicroelectronics, Intel,... 8-64bit Hinnat 1-20 Kehitysalustat Arduino, Rarpberry Pi, STM32 Nucleo,... Kuvat: http://fi.farnell.com/ 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 14
SoC System on Chip gpio RAM CPU FLASH RADIO Useille eri protokollille valmiita sulautettuja piirejä. Nopeuttavat tuotteiden kehitystä Useimmille piireille valmiita kehitysalustoja ja -ympäristöjä 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 15
TI CC3200 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 16
Tiedonsiirto 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 17
Global: 2/3/4/5G Regional: LORA, SIXFOX,... Kilometers Regional: Radio links, nrf24,... Hundreds meters House: Wifi,Bluetooth, Zigbee, Wireless M-Bus, Enocean BLE, ANT+ 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 18
RF24L+ radiomoduuli Worldwide 2.4GHz ISM band operation 250kbps, 1Mbps and 2Mbps on air data rates Ultra low power operation 11.3mA TX at 0dBm output power 13.5mA RX at 2Mbps air data rate 900nA in power down 26μA in standby-i On chip voltage regulator Helppo käyttöinen Valmiit kirjastot esimerkiksi Arduinolle ja Raspberry Pi:lle Olemassa SoC-versio 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 19
LoRa https://www.lora-alliance.org/ LoRa on kehitetty akkukäyttöisten IoTlaitteiden kommunikointiin Pitkät etäisyydet (km) Pieni virrankulutus Tietoturva integroitu 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 20
ESP8266 Hyvin dullinen SoC Wifi TCP/IP pino Integroitu I/O Voidaan käyttää itsenäisenä laitteena tai käyttää kommunoikointiin (verkkokorttina) SDIO 1.1 / 2.0, SPI, UART Arduino IDE yhteensopiva -> helppo ohjelmoida Suuri määrä esimerkkejä 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 21
IoTprotokollat http://www.eetimes.com/author.asp?section_id=36&doc_id=13261 69&imm_mid=0cfd2e&cmp=em-iot-na-na-newsltr_iot_20150409 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 22
Mittaussovellusten ja IoT palveluiden kehittäminen 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 23
Laitehallinta Anturi Anturin kunnonvalvonta Laitehallinta Laite- ja tietomallit Asiakas [ID] Mittalaite [ID] Anturi1 Anturi2 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 24
Datasta toiminnaksi Trendit KPI:t Anturi Anturi Anturi SensorFusion Signaalinkäsittely Data analyysi 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 25
Sensors as a Service Perinteinen tapa Asiakkaat hankkivat anturit ja mittausohjelmistot Antureiden ylläpidosta vastaa asiakas itse tai ostaa sen palveluja, tai antaa järjestelmän toimia niin kauan kuin se toimii itsekseen Asiakas tulkitsee mittaustuloksia parhaan kykynsä mukaan Toisin Asikas ostaa koko paketin palveluna Mittausanturit, datan käsittely ja tallennus, datan visualisointi ja analysointi Asiantuntijapalvelut Arvo on mittausdatan perusteella tehtävissä toimenpiteissä 17.3.2016 JUPITEK OY, JUKKA PIRINEN 26
NUUKA BEMS ARCHITECTURE Management KPI s & reports Analysis tools for Energy specialist Sustainability Reporting APPS Energy efficiency Energy economy Sustainability Energy consumption Indoor air quality HVAC- process performance GRI/GRESB compatible data for sustainability reporting 3. Party applications, Customer APPS, Business process Energy consumption, cost and origin of data from utility company Waste routes and stream data from waste company Nuuka BEMS Cloud Data warehouse, Analytics, Data security Energy data, Indoor air & process measurements WEB API Web API enable third-party systems use data from Nuuka. Manufacturer independent connectivity Data communication in both directions. Master Data Management & Integrations Building process control Energy meters Building automation systems Indoor Air quality www.nuukasolutions.com
Tiedonkeruun toteutus hyödyntämällä energiayhtiöiden data ja paikallinen mittaus+ automaatio. EDIEL/MSCONS D/96A Sanomien reitityspalvelu (Operaattori) Nuuka SaaS Sähköverkko Oy Energia Oy Tiedot siirtyvät Nuuka palveluun Https yhteyden kautta. Energiayhtiöillä on omat etäluentalaiteet kiinteistöissä cmug M-Bus/Internet Gateway Kiinteistön ADSL- reititin Pulssi / M-BUS muuntimet (tai Modbus) Rakennusautomaation kautta sisäilmaolosuhde ja LVIS prosessien mittauksia. Lisäantureita huoneisiin (T/H/CO2) Wireless M-Bus Lisämittarit sähkö M-Bus Sähkö Lämpö Kiinteistön nykyiset energiamittarit Vesi Uudet Wireless M-Bus vesimittarit Kiinteistön LVIS- prosessit Datan syöttö manuaalisesti (poikkeustilanteet, mittarin vaihdot ja datan korjaukset)