描述

1. 問題陳述

想想你生活中完全正常的一天。你正在快樂地遵循你所有的日常生活，然后突然你有一個“心臟病發(fā)作”。當(dāng)你恢復(fù)意識時，你已經(jīng)在手術(shù)室里，周圍都是身穿綠色長袍、臉上戴著口罩的醫(yī)生，準(zhǔn)備進(jìn)行手術(shù)。您發(fā)現(xiàn)您的動脈有多處阻塞，在這次危及生命的手術(shù)后，您必須在 ICU 中花費(fèi)大量時間。害怕的？當(dāng)發(fā)生意外故障時，您的車輛也會發(fā)生同樣的事情（不完全相同;-)）。如果您是車隊(duì)經(jīng)理，那么這些頻繁的意外故障可能會使您遭受嚴(yán)重的心臟病發(fā)作（嚴(yán)重）。即使操作員進(jìn)行定期維護(hù)和定期修理零件以防止停機(jī)。一半的預(yù)防性維護(hù)活動是無效的。這個問題不僅適用于車輛，也適用于所有機(jī)器。

2. 解決方案：預(yù)測性維護(hù)

這是一個嚴(yán)重的問題，可以通過預(yù)測性維護(hù)來減少其影響。當(dāng)無法承受故障的影響時，例如飛機(jī)發(fā)動機(jī)故障，機(jī)器需要進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，包括定期檢查和維修，通常根據(jù)使用時間安排。正確調(diào)度的挑戰(zhàn)隨著機(jī)器的復(fù)雜性而增加：在一個有許多組件協(xié)同工作并影響彼此壽命的系統(tǒng)中，我們?nèi)绾尾拍苷业綉?yīng)該執(zhí)行維護(hù)的正確時刻，以便不會過早更換組件但整個系統(tǒng)仍然保持可靠運(yùn)行？提供這個問題的答案是預(yù)測性維護(hù)的目的，

這就是 Azure Sphere 可以幫助我們的地方。它可以通過其低級通信協(xié)議（例如 I2C 和 UART）有效地收集數(shù)據(jù)，并可以將數(shù)據(jù)安全地發(fā)送到 Microsoft Azure 以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)。它還具有足夠的馬力，可以在未來的發(fā)展中用作邊緣設(shè)備。

3. 為什么選擇 Azure Sphere？

您一定想知道，為什么選擇 Azure Sphere 而不是其他任何微控制器，例如 Arduino 或 Raspberry Pi？選擇 Azure Sphere 的主要原因是安全性。Azure Sphere 以低成本提供高級別的安全性，并遵循高度安全設(shè)備的七個屬性。

我們關(guān)心我們的隱私（如果您不這樣做，那么您應(yīng)該這樣做），因?yàn)樵谶@個相互聯(lián)系且不斷提供廣告服務(wù)的世界中，我們的數(shù)據(jù)可能會被用來對付我們自己。我們的車輛也是如此。它們也是我們生活的一部分，其診斷數(shù)據(jù)可能與我們用于廣告服務(wù)器的健康數(shù)據(jù)一樣重要。它需要不惜一切代價加以保護(hù)。

我在下面列出了選擇 Azure Sphere 的許多其他原因。

• 易于與 Microsoft 的 Azure 云服務(wù)集成。
• Microsoft 10 年的安全更新。
• 足夠的馬力來處理未來的資源匱乏的發(fā)展。
• 得益于Visual Studio，易于開發(fā)和調(diào)試。

4. 它是如何工作的

模塊連接圖

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電路圖或原理圖非常簡單。我列出了我的一些發(fā)現(xiàn)。

• https://azure.microsoft.com/en-in/services/azure-sphere/get-started/
• https://www.hackster.io/workshops/azure-sphere-course
• https://www.element14.com/community/groups/azuresphere/blog/2019/09/30/project-part-1-getting-started-with-microsoft-azure-guide-and-a-simple-azure-球體傳感器項(xiàng)目

隨著 Microsoft 擴(kuò)展開發(fā)，第 3 方文檔可能無法提供正確的信息。當(dāng)信息/步驟與第三方文檔不匹配時，首選微軟官方文檔。

通過運(yùn)行 Blink 應(yīng)用程序確保一切就緒。

• https://docs.microsoft.com/en-us/azure-sphere/install/qs-blink-application

6. 設(shè)置 OBD-II 模塊

注意：我在這里使用的 OBD-II 模塊使用藍(lán)牙進(jìn)行通信，這是這個安全項(xiàng)目中的一個弱點(diǎn)。我買了這個型號，因?yàn)樗阋硕椅屹I得起。我想通過繞過藍(lán)牙芯片直接將UART引腳與Azure Sphere的UART端口進(jìn)行修改。不幸的是，該模型使用了板載芯片 IC，這使得在時間限制的情況下很難找到正確的引腳。所以我繼續(xù)使用藍(lán)牙方法。如果可能，請使用物理介質(zhì)將 OBD-II 模塊與 Azure Sphere 連接起來。

讓我們繼續(xù)設(shè)置這個模塊。設(shè)置此模塊非常簡單。您只需要找到您汽車的OBD端口并將此模塊插入其中即可。而已。

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1 / 4 ? OBD-II 模塊的 PCB 視圖

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7. 將藍(lán)牙模塊（HC-05）設(shè)置為主角色

注意：如果您在 Azure Sphere 和 OBD-II 模塊之間使用物理介質(zhì)，請?zhí)^此步驟。

我們需要把HC-05的角色改成master，這樣一上電就可以自動連接OBD-II模塊。藍(lán)牙連接需要一主一從。主機(jī)發(fā)起配對和鏈接請求。配對完成后，模塊將相互通信，無論其角色如何。

在這種情況下，與 Azure Sphere 連接的 HC-05 將作為主機(jī)，并發(fā)起鏈接請求以連接從機(jī)，即 OBD-II 模塊。

HC-05 的默認(rèn)角色為從機(jī)，若要設(shè)置為主機(jī)，請按照以下步驟操作。

• 使用 FTDI 模塊將藍(lán)牙模塊與 PC 連接。請參考下圖以供參考。將+5v 施加到HC-05 的KEY 引腳，使其進(jìn)入AT 命令模式。

帶有 FTDI 模塊的 HC-05 示意圖

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• 獲取OBD-II模塊的藍(lán)牙地址。它在配置 HC-05 模塊時很有用。作為參考，我們假設(shè) OBD-II 模塊的地址是 12:34:56:78:9a:bc
• 設(shè)置完成后，使用任何串行終端程序，例如“CoolTerm”來配置模塊。將串口通訊軟件的波特率設(shè)置為38400。將下面列出的AT指令一一發(fā)送，將HC-05配置為主機(jī)。

1. AT+RESET (Reset the device)
2. AT+ORGL (Apply default configuration)
3. AT+ROLE=1 (Set role as Master)
4. AT+CMODE=0 (Force the device to connect with specific address)
5. AT+BIND=1234,56,789abc (Force to connect to this address, only useful if CMODE = 0)
6. AT+INIT (Initialize SPP profile)
7. AT+PAIR=1234,56,789abc,20 (last 2 digits mean 20 second timeout)
8. AT+LINK=1234,56,789abc

8. 將藍(lán)牙/OBD-II 模塊與 Azure Sphere 連接

• 如果您使用物理介質(zhì)將 OBD-II 模塊與 Azure Sphere 連接，則直接將 OBD-II 模塊的 Rx、Tx、GND 引腳分別與 Azure Sphere 的 Tx、Rx 和 GND 引腳連接。

Azure Sphere 與 OBD-II 模塊的連接

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• 如果您使用藍(lán)牙作為 OBD-II 模塊和 Azure Sphere 之間的通信媒介，請連接 HC-05 模塊和 Azure Sphere。

帶有藍(lán)牙模塊的 Azure Sphere 示意圖

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注 1 ：不要忘記為 HC-05 的 KEY 引腳提供 GND。這會將 HC-05 設(shè)置為數(shù)據(jù)通信模式。

注意 2 ：請使用 Azure Sphere 的 PORT 1 進(jìn)行此連接。如果您打算使用 PORT 2，那么您還必須對代碼進(jìn)行更改。

9. 軟件

該項(xiàng)目的代碼托管在 Github 平臺上。請從此存儲庫克隆/下載代碼。

10. 云（基本上是別人的電腦）

Azure Sphere 是一個很棒的云平臺，但在沒有 Microsoft Azure 的情況下單獨(dú)使用它就像在沒有自動駕駛功能的情況下駕駛特斯拉，它不會很有趣。Microsoft Azure 提供了一個全新維度的可視化、控制和功能，這可能僅通過使用 Azure Sphere 是不可能實(shí)現(xiàn)的。

Microsoft Azure 的 IoT 中心功能是我用過的最好的服務(wù)之一。它是 Microsoft 提供的軟件即服務(wù) (SaaS) 產(chǎn)品。微軟讓您的設(shè)備連接到它的平臺變得非常容易，而且無需任何編碼。它還提供云到設(shè)備（C2D）功能，用于通過云控制設(shè)備。它可用于顯示遙測數(shù)據(jù)、創(chuàng)建警報(bào)、執(zhí)行命令以及創(chuàng)建您自己的儀表板。

在這個項(xiàng)目中，我使用了 Avenet Technical Training Course 提供的模板來設(shè)計(jì)我的 IoT Central Dashboard。它在儀表板上顯示冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門位置等遙測數(shù)據(jù)。此模板還可用于通過“設(shè)置”選項(xiàng)卡控制設(shè)備。

您可以參考本次Azure Sphere 技術(shù)培訓(xùn)課程中提供的文檔下載模板。我建議完成此培訓(xùn)，因?yàn)樗鼘⒎浅Ｓ袔椭宜敲赓M(fèi)的。如果您了解 IoT Central 并且只想要模板，請點(diǎn)擊此鏈接。

有趣的部分并不止于此。您可以使用上傳到 IoT Central 的所有數(shù)據(jù)來預(yù)測車輛中可能發(fā)生的潛在故障，甚至在故障發(fā)生之前就仔細(xì)計(jì)劃維修。這樣不僅可以節(jié)省大量資金，還可以減少車輛停機(jī)時間并更好地計(jì)劃。

Microsoft Azure 提供了大量服務(wù)，從物聯(lián)網(wǎng)中心到機(jī)器學(xué)習(xí)，從人工智能到分析等等。即使是天空也不是您可以通過使用所提供的服務(wù)所做的限制。

Microsoft Azure 提供的服務(wù)概覽

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11. 總裝

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1 / 2 ?瓶中的吉妮

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上圖代表測試環(huán)境。在測試環(huán)境中，筆記本電腦為設(shè)備提供電源和調(diào)試環(huán)境。在最終設(shè)置中，設(shè)備將從汽車接收電源。在測試時，不惜一切代價行使安全性。

如果尚未完成，請從此處克隆代碼并將其閃存到板上。閃爍代碼后，它將開始在 Visual Studio 的“設(shè)備輸出”選項(xiàng)卡中顯示輸出。

設(shè)備成功連接到 IoT Central 時的設(shè)備輸出

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• 如果設(shè)備成功連接到 IoT 中心，則輸出應(yīng)如上圖所示。輸出顯示設(shè)備已由設(shè)備配置服務(wù)成功配置（第 1 點(diǎn)），然后成功連接到 IoT Central（第 2 點(diǎn)）。

將遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到 IoT Central 的設(shè)備

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• 上圖顯示了設(shè)備成功將遙測數(shù)據(jù)上傳到 IoT Central 時的輸出。可以看出，數(shù)據(jù)是按{key:pair}排列的。它還顯示 IoT Central 收到的確認(rèn)。

如果您的設(shè)備輸出與上圖類似，那么您可以說連接已成功建立，并且 Azure Sphere 正在從 OBD-II 模塊正確讀取數(shù)據(jù)并將其上傳到 IoT Central。

測試完成后，將設(shè)備放在可以保護(hù)它并使其看起來干凈的外殼中。

項(xiàng)目看起來很干凈 :-) 但不是我的車 :-(

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開源就是愛。快樂制作:-)