物联网参考实现：“即插即用”交通解决方案的制作
本次开发历程展示了基于现有英特尔物联网产品路径解决方案，通过改进以满足新的业务需求的可行性。
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为了展示现有物联网产品路径解决方案（互联运输）的灵活性和可扩展性，一个名为“盒装运输”的参考实现边缘物联网解决方案被改编，以集成一种新颖的外形尺寸，并对系统硬件和传感器阵列进行了更改。
该“盒装运输”解决方案使用英特尔® 物联网开发者套件、英特尔® 物联网网关和英特尔® 系统工作室物联网版进行开发，可监控以下状态：a) 卡车冷藏货物区域内的温度，以及 b) 卡车车门（货物区域）的开关位置。网关根据这些状态的变化生成事件，以支持平板电脑应用程序上的最终用户功能。本文件是关于“盒装运输”解决方案的开发历程记录。首先概述新项目如何建立在先前工作的基础上，然后高层次地阐述该解决方案的关键软硬件方面。有兴趣的各方可以将本篇叙述作为起点，无需从头开始，即可修改英特尔的资源以用于自己的项目。
这类项目在工程设计上都具有可扩展、灵活和可扩展的特性（这些属性有助于实现创新，从而促进成功的物联网项目）。除了能够基于英特尔构建的现有项目创建新颖的解决方案外，这些资源还可以帮助公司为现有产品添加物联网功能。
- 可扩展：我们从一辆卡车开始，但我们可以将其扩展（部署相同的解决方案）到成千上万辆卡车的车队。
- 灵活：系统和硬件都具有适应性。硬件设备兼容多种操作系统。您可以使用不同的传感器（系统灵活性）。
- 可扩展：假设您有一个遗留系统，想要“扩展”或添加更多功能。您可以使用我们的软件工具（软件栈）在现有系统之上进行构建。
物联网 (IoT)
物联网（IoT）为创造连接性和智能性提供了无限机会，可以改变我们日常的物品和体验。要充分发挥这一机遇的潜力，不仅需要创新，还需要能够快速评估想法价值并将其从概念转化为盈利的能力。自物联网集团成立以来，英特尔一直致力于帮助各种类型和规模的公司优化构建高质量物联网解决方案的过程，并迅速将其推向市场。
这一方法的关键基础是提供基于开放标准英特尔®架构构建块的灵活、端到端的解决方案，这些构建块涵盖从传感器、网关到数据中心和云端的整个流程。这一系列产品为各种设备增加了智能和数据连接性，通过网关将数据发送到网络核心，并可能发送到基于云的分析资源。
在互联运输的基础上进行扩展：创造便携式外形尺寸的价值
本项目的直接前身是英特尔的互联运输产品路径解决方案，该解决方案由位于美国的一个英特尔团队开发。与“盒装运输”解决方案不同，“产品路径”解决方案首先从概念验证原型开始，然后使用英特尔® 物联网网关、工业传感器和英特尔® 系统工作室进行扩展，以创建工业级解决方案。（有关“产品路径”方法论的描述，请参见表 1。）“盒装运输”解决方案利用了先前的工作成果，无需重复原型制作阶段。
一个位于欧洲的英特尔团队发现了基于现有互联运输解决方案（如图 2 所示）创建变体的价值，而无需使用卡车模型。相反，他们旨在创建一个易于携带的版本，通过使用英特尔物联网开发者套件来演示端到端解决方案的快速物联网产品路径原型制作，并用于会议、研讨会和其他活动。最终的成果如图 3 所示，包含在一个翻盖式箱体中，模拟了卡车的相关部分，而不是使用更大的实体模型。
交通运输领域的物联网机遇
为各种解决方案在网络边缘增加智能的能力是大多数物联网价值主张的核心，它可以利用信息并以产生业务洞察力的方式加以利用。在交通运输和物流垂直市场领域，一个例子是通过监测装载易腐货物的冷藏半挂车拖车的状态来生成数据。当温度超出预设范围时提醒驾驶员，或者在货物门意外打开时发出警报，都可以帮助避免经济损失。
英特尔物联网集团认为，一个监控和跟踪半挂车拖车这些方面的解决方案可以成为可行的商业产品的基础。因此，英特尔的一个开发团队承担了一个项目，将其推向原型制作和产品化阶段。这项工作已在 2015 年和 2016 年的英特尔® 开发者论坛上展示，并在以下材料中进行了记录。
- 物联网产品路径：打造互联运输解决方案是一篇记录项目过程的开发叙述。
- 物联网产品路径：如何构建互联运输解决方案为希望在自己的环境中复制项目进展的开发人员提供了分步指南。
利用这些文档中描述的项目解决方案，不需要特殊的设备或高级知识，因此，它们旨在作为一般物联网项目开发的指导。
“盒装运输”：主要组件
门（开关）、温度计（温度）、蜂鸣器（警报）和冷却风扇（雪花）代表了模拟运输监控解决方案的主要组件。
- 门：当门位置发生变化（打开或关闭）时，会通知驾驶员。
- 温度计：监测卡车货物区域内的温度，并记录该温度数据。
- 警报：当温度超过指定阈值时，用户界面会发出声音警报。通过按下按钮或温度恢复正常（温度低于指定阈值）来取消警报。
- 冷却风扇：风扇用于冷却卡车货物。冷却风扇连接到门，当门打开时，风扇会关闭（导致温度升高）。同样，当门关闭时，风扇会开启（以将卡车货物区域的温度保持在指定阈值以下）。
- 显示器：显示系统状态、温度和门状态。
原始互联运输解决方案和“盒装运输”解决方案都基于传感器数据运行，这些数据包括卡车门的状态（开/关）、卡车内部的温度，以及一系列事件，包括门的开启和关闭动作、温度变化、温度阈值设置的变化以及警报的触发/停止事件。所有数据都会转发到一个 Web 界面，用于监控卡车的状态。
现有互联运输解决方案的核心功能被继承到了“盒装运输”项目中。虽然两个项目中有许多解决方案组件是共有的，但这项工作证实了项目方法的灵活性和可扩展性，如下一部分所述。特别是，“盒装运输”解决方案的开发利用了先前已完成的原型阶段概念验证工作，避免了从零开始所带来的时间和成本。
英特尔的产品路径解决方案方法
这些项目不仅仅是蓝图，它们旨在成为可扩展的基础，公司可以利用这些基础来构思和创建自己的物联网解决方案。虽然每个解决方案都是独一无二的，但它们都采用了以下六步产品路径方法论。
六步产品路径方法论
表 1 - 六步产品路径方法论
| 六步产品路径方法论 | |||||
| 第一阶段 | 第二阶段 | 第三阶段 | 第四阶段 | 第五阶段 | 第六阶段 |
|---|---|---|---|---|---|
| 确定机会 | 设计概念验证 (POC) | 构建和完善 POC | 制作 Beta 版本 | 评估功能；添加功能 | 最终确定设计；进入生产 |
项目方法论的前三个阶段是调查性的。它们侧重于构思和评估项目解决特定问题的潜力。重要的是，这种方法拥抱“快速失败”的理念，这意味着项目团队可以用最少的时间和金钱来确定一个想法是否具有商业可行性。假设项目在原型阶段具有前景，则产品路径结构的后三个阶段有助于确保通往商业化的高效途径。
改编互联运输以创建新解决方案
一旦“盒装运输”团队确定现有的互联运输解决方案是进行修改的合适起点，早期的要求就是确定最适合新项目目标的更改。由于解决方案组件是基于标准的，因此可以根据便利性或偏好（包括特定组件的可用性）轻松进行此类更改。
变化之处
外观：选择便携式外形尺寸
团队想要的主要改变是使用类似行李箱的外形尺寸来构建解决方案，而不是在先前解决方案中使用卡车模型。这种改变既提高了便携性，又省去了制造模型的需求，因为制造模型会比定制的箱子需要更高的成本和更长的时间。根据可用性，团队还选择在“盒装运输”解决方案中使用戴尔* iSeries Wyse 3290 物联网网关，并更换了不同的温度传感器。
软件
虽然整体外形尺寸的改变使解决方案的整体外观有了显著不同，但电子元件的改变对编程要求和电气连接几乎没有影响。两个版本都使用了英特尔® 物联网开发者套件，并主要使用 Java*、JavaScript* 和 HTML 进行编码，通过英特尔® 系统工作室物联网版、英特尔的 MRAA* 和 UPM* 库，并运行英特尔® 物联网网关软件套件作为操作系统。构成系统的核心应用程序——即运行在网关上的管理应用程序以及用于平板电脑或智能手机的移动客户应用程序——在两个版本之间也保持不变。
添加传感器
除了作为本项目的一部分进行的更改之外，有兴趣的各方还可以根据需要更改解决方案的其他部分。例如，可以添加或删除传感器或执行器，切换到不同的集成开发环境 (IDE)、编程语言或操作系统，或者添加全新的软件组件或应用程序以创建新颖的功能。
虽然本项目旨在提供基本的功能，但其设计方法非常灵活，可以添加各种功能。特别是，该项目将来可以扩展以包含云功能、远程监控，以及添加和删除其他解决方案部件，以满足特定项目愿景的需求。
“盒装运输”：硬件组件
团队的首要任务是选择硬件组件：网关、微控制器和传感器。团队与一家定制制造商合作，建造了“盒装运输”解决方案所包含的箱体，为项目提供了坚固、安全的基础，同时外观专业，适合在会议和其他行业活动中使用。团队还选择了戴尔* iSeries Wyse 3290 物联网网关，这是一个基于英特尔架构的强大设备，具有以下优点：
- 强大的计算资源，确保平稳运行而不卡顿。
- 现成的商业可用性，有助于确保项目按计划进行。
- 预先验证操作系统（英特尔® 物联网网关软件套件）。
该英特尔® 物联网网关基于双核英特尔® 赛扬® N2807 处理器，运行频率为 1.58 GHz，配备 4GB DDR3 RAM，提供 PC 级的资源，可满足“盒装运输”解决方案当前和未来需求的所有计算功能。同时，网关的小巧外形增强了其在本实现中的适用性。
网关充当 Web 服务器，存储数据并调用温度传感器以保持数据更新。为此，curl 调用使用 libmodbus 库以 C 语言编写的温度传感器直接更新 Web 服务器。
为简化网关与解决方案中使用的传感器之间的连接，团队选择遵循先前解决方案中采用的方法，通过使用 Arduino 101*（美国以外地区品牌为 Genuino 101*）板来利用 Arduino 生态系统。该板使英特尔® 物联网网关在硬件和引脚上都能与 Arduino 扩展板兼容，符合项目团队的开源理念。虽然未实际使用蓝牙*，但系统硬件具备此功能，团队正在考虑未来使用。网关和 Arduino 101* 板的规格在表 2 中给出，这两个设备如图 4 所示。
表 2. “盒装运输”项目使用的系统硬件
| 戴尔 iSeries* Wyse 3290 物联网网关 | Arduino 101* 板 | |
|---|---|---|
| 处理器/微控制器 | 英特尔® 赛扬® N2807 处理器 @ 1.58 GHz | Intel® Curie™ 计算模块 @ 32 MHz |
| RAM | 4 GB DDR3 RAM @ 160 MHz | 24 KB SRAM |
| Flash | 16 GB | 196 KB |
| 网络/IO |
|
|
| 尺寸 | 69 毫米 x 197.5 毫米 x 117 毫米 | 68.6 毫米 x 53.4 毫米 |
| 权重 | 2.34 千克 | 34 克 |
| 完整规格 | 规格 | 规格 |
对于创建解决方案所需的传感器和其他组件，团队部分借鉴了用于 Arduino 的 Grove* 入门套件（由 Seeed Studio* 制造），该套件基于 Grove 物联网商业开发者套件中使用的 Grove 入门套件 Plus。这套组件成本低廉，项目团队已有，从而减少了采购物料清单上的物品所需的工作量。
然而，由于 Grove 入门套件中的组件主要用于原型制作，而非商业实现，因此团队遵循了原始产品路径互联运输解决方案中项目团队所采取的方法，从其他来源获得了几个工业级组件。组件的完整列表（包括采购来源）见表 3。
表 3. “盒装运输”项目组件。
| 组件 (Component) | 详细信息/功能 | 连接 | |
|---|---|---|---|
| 基础系统 | 戴尔* Wyse 3290 | 网关 | |
| Arduino 101* | 传感器集线器 | USB | |
| USB Type A 转 Type B 线缆 | 用于将 Arduino 101* 板连接到网关 | ||
| 传感器 | Omega* RH-USB | 温度传感器 | USB |
| Grove* - 继电器 | 风扇控制 | D8 | |
| Grove - LCD RGB 背光 | 显示统计信息 | I2C | |
| 磁性接触开关 | 门传感器 | D3 | |
| Peltier 热电冷却器模块+散热器总成 - 12V 5A | 冷却风扇 | ||
| 带白色 LED 环的坚固金属开关 - 16 毫米开/关 | 圆形按钮（确认警报） | D4 |
使用此物料清单，团队能够快速组装一个工作解决方案，该解决方案模拟了先前基于模型的互联运输解决方案的功能。
网关和其他组件被组装到定制的“盒装运输”箱体中，如图 6 所示。
为方便安全地运输到活动现场，该解决方案可以打包在带衬垫的硬壳塑料载体中，如图 7 所示。该保护载体足够坚固，可以用于运输，并且足够紧凑，可以作为随身行李搭乘商用航班。
“盒装运输”：软件组件
除了物理模型，“盒装运输”解决方案还包括各种软件组件，本节将对此进行介绍。如上所述，“盒装运输”解决方案包括一个运行在英特尔® 物联网网关上的管理应用程序，以及一个模拟卡车司机使用的移动客户应用程序，该应用程序运行在平板电脑或智能手机上。
英特尔® 物联网网关软件套件提供了开箱即用的操作系统实现，无需进行自定义。使用预编译的操作系统和 RPM 有助于消除不必要的下载、自定义操作系统以及识别使项目实现生命周期所需的库。英特尔® 物联网网关软件套件还支持 Node-RED* 功能进行开发，它提供了一个专为物联网解决方案创建的视觉环境。
用于开发此解决方案软件的开发环境是英特尔® 系统工作室，它是 Eclipse* IDE 的一个插件，可以方便地连接到网关并开发应用程序。该解决方案使用 MRAA* 库，该库为硬件提供了抽象层，以便直接访问网关上的 I/O，以及 Firmata*，它允许与 Arduino 开发环境进行程序化交互，利用 Arduino 的硬件抽象能力。通过 MRAA* 抽象 Firmata* 可以实现对网关上 I/O 的更强的程序化控制，简化了从传感器收集数据的过程。UPM* 是基于 MRAA* 开发的库，它提供了一个用户友好的 API，并提供了用于访问传感器的特定函数调用。
对于“盒装运输”解决方案的项目团队来说，特别有用和有价值的是，他们可以使用在原始产品路径互联运输解决方案中创建的用户界面。在该项目的产品阶段，英特尔聘请了一家专门的第三方公司来创建视觉效果丰富的界面，该界面需要核心团队（无论哪个项目）都没有的专业知识。
在初始产品路径解决方案开发期间，用户界面开发人员广泛参与了项目会议。这种方法使平面设计师和人机交互专家能够与团队的其余成员紧密合作，从而创建了高质量、精密的と用户界面。“盒装运输”解决方案重用原始产品路径互联运输解决方案的用户界面，在无需额外工作或费用的情况下提供了显著价值。
管理应用程序：用户界面功能
管理应用程序运行在英特尔® 物联网网关上，它能够演示“盒装运输”解决方案在会议或其他行业活动中的功能。它提供了相当简单的功能和一个高度可视化的用户界面，如下例和模拟所示。
用例
基于管理应用程序构建并显示了用例，以支持以下场景：
- 按按钮启动用例（模拟开门）
- 设置阈值环境温度+5度。
- 驾驶室亮起稳定的红色 LED。
- LCD 显示当前温度和门状态（打开），如图 8 所示。
图 8. 显示门状态。
- 使用热源（例如，卤素灯）模拟环境温度的升高，该温度将由温度传感器注册。
- 蜂鸣器响起。
- 红色 LED 持续闪烁。
- LCD 变红并显示实际温度和门状态（打开），如图 9 所示。
图 9. 显示高温状态。
- 触摸传感器以确认警报（蜂鸣器关闭）。
- 按按钮关门
- 红色 LED 持续闪烁，直到温度降至阈值以下。
- LCD 显示温度和门状态（关闭）。
- 当温度降至阈值以下时，闪烁的红色 LED 关闭，稳定的绿色 LED 点亮，LCD 变绿。
- LCD 显示温度和门状态（关闭）。
模拟
该模拟通过监控温度变化并在温度达到临界值时向驾驶员发出警报，展示了降低温度敏感货物潜在损失的可能性，如图 10 和 11 所示。
移动客户应用程序的功能
客户应用程序（如图 12 至 15 所示）被构想为卡车司机与解决方案交互的主要方式。它将驻留在司机携带的移动设备上，从而方便地通知和响应警报。在此示例中，客户应用程序非常简单，但可以轻松扩展。它有两个指示器，分别指示温度和门状态。警报按钮会激活，然后提供一个确认按钮来清除警报。
结论
物联网的本质是开放式的创新，有无数的项目可以为从简单到复杂，从平凡到奇特的物品增加智能。同时，每个项目都建立在行业从以往物联网项目中获得的经验之上。
本次开发历程展示了基于现有英特尔物联网产品路径解决方案进行改进以满足新的业务需求的可行性。在此案例中，项目团队创建了互联运输解决方案的一个版本，该版本更能适应他们在会议和其他行业活动中展示操作的需求。“盒装运输”解决方案代表了一种简化的方法，它保留了原始版本的功能，同时采用了不同的外形尺寸。
这项工作体现了在创建新项目时改编英特尔产品路径解决方案集成的效率，它利用了现有解决方案中内置的原型制作和开发工作。这种方法使项目团队在构建物联网解决方案时无需从头开始。这种额外的效率可能会为开发组织带来显着的效益，降低成本并加速上市时间。
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