IoT cihaz geliştirme

Bu genel bakış, tipik Azure IoT çözümlerine bağlanan cihazlar geliştirmeyle ilgili temel kavramları tanıtır. Her bölüm, daha fazla ayrıntı ve rehberlik sağlayan içeriğe bağlantılar içerir.

Bulut tabanlı bir çözümde cihazlar IoT Hub gibi bulut tabanlı hizmetlere doğrudan bağlanırken, uç tabanlı çözümde cihazlar ortamınızdaki Azure IoT İşlemleri gibi uç tabanlı hizmetlere bağlanır.

Uç tabanlı çözüm

Aşağıdaki diyagramda, tipik bir uç tabanlı IoT çözümündeki bileşenlerin üst düzey görünümü gösterilmektedir. Bu makale diyagramda gösterilen cihazlara, varlıklara ve bağlayıcılara odaklanır:

Varlıklar genellikle standart protokoller uygulayan yerleşik üretici yazılımına sahiptir. Örneğin, robot bir kol bir OPC UA istemcisi olabilir ve bir güvenlik video kamerası ONVIF uygulayabilir. Azure IoT İşlemleri, varlıklarla iletişim kurmak ve varlıklardaki iletileri MQTT iletilerine çevirmek için bu protokolleri kullanabilen çeşitli bağlayıcılar içerir. Bazı varlıklar, bunlar üzerinde aşağıdaki gibi işlemler gerçekleştirmenizi sağlayan iletiler alabilir:

• Güvenlik kameralarını kaydırma veya eğme.
• Robot kolundaki kayıt düzeyini değiştirin.
• Üretici yazılımı güncellemesini başlatın.

Azure IoT İşlemleri tarafından yerel olarak desteklenmeyen protokolleri kullanan varlıklara bağlanmak için kendi özel bağlayıcılarınızı oluşturabilirsiniz.

Bulut tabanlı çözüm

Aşağıdaki diyagramda, tipik bir bulut tabanlı IoT çözümündeki bileşenlerin üst düzey görünümü gösterilmektedir. Bu makale, diyagramda gösterilen cihazlara ve ağ geçidine odaklanır:

Azure IoT'de bir cihaz geliştiricisi çözümdeki cihazlarda çalıştırılacak kodu yazar. Bu kod genellikle:

• Bulut uç noktasına güvenli bir bağlantı kurar.
• Ekli algılayıcılardan toplanan telemetri verilerini buluta gönderir.
• Cihaz durumunu yönetir ve bu durumu bulutla eşitler.
• Buluttan gönderilen komutları yanıtlar.
• Yazılım güncelleştirmelerinin buluttan yüklenmesini sağlar.
• Cihazın bulutla bağlantısı kesildiğinde çalışmaya devam etmelerini sağlar.

Cihaz türleri

IoT çözümü birçok varlık ve cihaz türü içerebilir. Cihazları genellikle bulut tabanlı çözümlerde ve varlıklarda uç tabanlı çözümlerde bulursunuz. Hem cihazları hem de varlıkları içeren bir karma çözüme sahip olmak da mümkündür.

Uç tabanlı çözüm

Uç tabanlı çözümdeki örnek varlıklar şunlardır:

• Robot kollar, taşıyıcı bantlar ve asansörler.
• Endüstriyel CNC makineleri, torna makineleri, testereler ve matkaplar.
• Tıbbi tanılama görüntüleme makineleri.
• Güvenlik kameraları.
• Programlanabilir mantıksal denetleyiciler.

Bu varlıklar genellikle standart protokoller uygulayan yerleşik üretici yazılımına sahiptir. Örneğin, robot kol bir OPC UA istemcisi olabilir ve bir güvenlik video kamerası ONVIF protokolunu uygulayabilir. Uç tabanlı bir çözümde, bu varlıklara bağlanmak ve onlardan gelen iletileri ortak bir biçime çevirmek için özel bağlayıcılar kullanırsınız.

Varlıklar için cihaz geliştirici rolüyle doğrudan eşdeğeri yoktur. Bunun yerine, bir operatör bağlayıcıları varlıklara bağlanacak şekilde yapılandırabilir. Ancak, uç tabanlı çözümünüz tarafından yerel olarak desteklenmeyen protokolleri kullanan varlıklara bağlanmak için özel bağlayıcılar geliştirmeniz gerekebilir.

Bulut tabanlı çözüm

Bulut tabanlı çözümdeki örnek cihazlar şunlardır:

• Uzak bir yağ pompasındaki basınç sensörü.
• Klima ünitesindeki sıcaklık ve nem algılayıcıları.
• Asansörde bir ivmeölçer.
• Bir odada varlık algılayıcıları.

Bu cihazlar genellikle mikrodenetleyiciler (MCU) veya mikro işlemciler (MPU) kullanılarak oluşturulur:

• MCU'lar, MPU'lardan daha ucuz ve çalıştırılması daha kolaydır.
• MCU, yonganın kendisinde bellek, arabirimler ve G/Ç gibi birçok işlevi içerir. MPU, destekleyici yongalardaki bileşenlerden bu işleve erişir.
• MCU genellikle gerçek zamanlı işletim sistemi (RTOS) kullanır veya çıplak işletim sistemi (işletim sistemi olmadan) çalıştırır ve gerçek zamanlı yanıtlar ve dış olaylara son derece belirleyici tepkiler sağlar. MPU'lar genellikle windows, Linux veya macOS gibi belirsiz bir gerçek zamanlı yanıt sağlayan genel amaçlı bir işletim sistemi çalıştırır. Bir görevin ne zaman tamamlayacağına dair genellikle bir garanti yoktur.

Özelleştirilmiş donanım ve işletim sistemlerine örnek olarak şunlar verilebilir:

IoT için Windows, kolay sağlama ve yönetim ile güvenli cihazlar oluşturmanıza olanak tanıyan bulut bağlantısına sahip MPU'lar için Windows'un katıştırılmış bir sürümüdür.

Eclipse ThreadX , MCU'lar tarafından desteklenen IoT ve uç cihazlar için gerçek zamanlı bir işletim sistemidir. Eclipse ThreadX, pille güçlendirilmiş ve 64 KB'tan az flash belleğe sahip yüksek oranda kısıtlanmış cihazları destekleyecek şekilde tasarlanmıştır.

FreeRTOS , katıştırılmış cihazlar için gerçek zamanlı bir işletim sistemidir. Cihazları Azure IoT'ye bağlamak için FreeRTOS için Azure IoT Ara Yazılımı ile FreeRTOS'u kullanabilirsiniz. Cihaz geliştirmeye yönelik RTOS seçeneklerine genel bakış için bkz . C SDK ve Embedded C SDK kullanım senaryoları.

Azure Sphere (Tümleşik), internete bağlı cihazlar için yerleşik iletişim ve güvenlik özelliklerine sahip güvenli, üst düzey bir uygulama platformudur. Güvenli, bağlantılı, çapraz bir MCU, özel bir üst düzey Linux tabanlı işletim sistemi ve sürekli, yenilenebilir güvenlik sağlayan bulut tabanlı bir güvenlik hizmetinden oluşur.

Cihaz temelleri

Cihaz geliştiricisi genellikle bulutla etkileşime geçmek için cihaz kodunda aşağıdaki temel bilgileri uygular:

• Cihazdan buluta zaman serisi telemetrisi göndermek için iletiler. Örneğin, cihaza bağlı bir algılayıcıdan toplanan sıcaklık verileri.
• Çekilen görüntüler ve videolar gibi medya dosyaları için dosya yükleme. Aralıklı olarak bağlı cihazlar telemetri toplu işlemlerini gönderebilir. Cihazlar, bant genişliğinden tasarruf etmek için karşıya yüklemeleri sıkıştırabilir.
• Durum verilerini bulutla paylaşmak ve eşitlemek için cihaz ikizleri kullanılır. Örneğin bir cihaz, denetlediğinden bir vananın geçerli durumunu buluta bildirmek ve buluttan istenen hedef sıcaklığı almak için cihaz ikizini kullanabilir.
• Dijital dünyadaki bir cihazı temsil eden dijital ikizler . Örneğin, dijital ikiz bir cihazın fiziksel konumunu, özelliklerini ve diğer cihazlarla ilişkilerini temsil edebilir.
• Buluttan komut almak için doğrudan yöntemler . Doğrudan yöntem parametrelerine sahip olabilir ve bir yanıt döndürebilir. Örneğin bulut, cihazın 30 saniye içinde yeniden başlatılmasını istemek için doğrudan bir yöntem çağırabilir.
• Buluttan tek yönlü bildirimler almak için buluttan cihaza iletiler. Örneğin, bir güncelleştirmenin indirilmeye hazır olduğunu belirten bir bildirim.

Daha fazla bilgi edinmek için bkz . Cihazdan buluta iletişim kılavuzu ve Buluttan cihaza iletişim kılavuzu.

SDK’lar ve kitaplıklar

Cihaz SDK'ları, temel alınan iletişim protokolleri hakkında bilgi sahibi olmadan temel bilgileri kullanmanıza olanak sağlayan üst düzey soyutlamalar sağlar. Cihaz SDK'ları, buluta güvenli bir bağlantı kurma ve cihazın kimliğini doğrulama ayrıntılarını da işler.

MPU cihazları için cihaz SDK'ları aşağıdaki dillerde kullanılabilir:

• C
• Python
• C# (.NET)
• Node.js
• Java

MCU cihazları için bkz:

• Eclipse ThreadX
• FreeRTOS Ara Yazılımı
• Embedded C için Azure SDK

Örnekler ve rehberlik

Tüm cihaz SDK'ları buluta bağlanmak, telemetri göndermek ve diğer temel özellikleri kullanmak için SDK'nın nasıl kullanılacağını gösteren örnekler içerir.

IoT cihaz geliştirme sitesi, çeşitli cihaz türleri ve senaryoları için kod uygulamayı gösteren öğreticiler ve nasıl yapılır kılavuzları içerir.

Kod örneği tarayıcısında daha fazla örnek bulabilirsiniz.

Cihaz SDK'sı olmadan cihaz geliştirme

Cihaz SDK'larından birini kullanmanız önerilir ancak kullanmamanızı tercih ettiğiniz senaryolar olabilir. Bu senaryolarda, cihaz kodunuz IoT Hub ve Cihaz Sağlama Hizmeti'nin (DPS) desteklediği iletişim protokollerinden birini doğrudan kullanmalıdır.

Daha fazla bilgi için bkz.

• MQTT protokolunu doğrudan kullanma (cihaz olarak)
• AMQP protokolunu doğrudan kullanma (cihaz olarak)

Modelleme ve şemalar

Cihaz ve varlık modelleri, cihazların ve varlıkların bulutla alışveriş yaptığı verileri tanımlar. Modeller, cihazlarınızı ve varlıklarınızı IoT çözümünüzle tümleştirmek için çeşitli düşük kodlu veya kod içermeyen senaryolar sağlar.

Uç tabanlı çözüm

Uç tabanlı bir çözümde operatör, bağlayıcıları varlıklara bağlanacak şekilde yapılandırmaktadır. Bu yapılandırma, varlığın verileriyle bulut şeması arasında bir eşleme içerir. Örneğin, OPC UA bağlayıcısı operatörün OPC UA düğüm kimliklerini MQTT aracısı ile değiştirilen bir JSON iletisindeki veri noktalarına ve olaylara eşlemesine olanak tanır. Aşağıdaki ekran görüntüsünde, dijital operasyon deneyimi web kullanıcı arabiriminde bu tür iki eşlemeyi tanımlayan bir örnek gösterilmektedir:

Bir operatör, çözümün başka bir yerinde OPC UA düğüm kimliklerinin ayrıntılarını bilmeye gerek kalmadan Sıcaklık ve Etiket 10 etiketlerine doğrudan başvurabilir.

Bulut tabanlı çözüm

Bulut tabanlı bir çözümde IoT Tak Çalıştır, çözüm oluşturucularının ioT cihazlarını el ile yapılandırma yapmadan çözümleriyle tümleştirmesini sağlar. IoT Tak Çalıştır'ın temelinde, bir cihazın özelliklerini IoT Central gibi IoT Tak Çalıştır destekli bir uygulamaya tanıtmak için kullandığı bir cihaz modeli vardır. Bu model, şu öğeleri tanımlayan bir dizi öğe olarak yapılandırılmıştır:

• Bir cihazın veya başka bir varlığın salt okunur veya yazılabilir durumunu temsil eden özellikler . Örneğin, cihaz seri numarası salt okunur bir özellik ve termostat üzerindeki hedef sıcaklık yazılabilir bir özellik olabilir.
• Telemetri , verilerin normal bir algılayıcı okuma akışı, ara sıra bir hata veya bilgi iletisi olması fark etmeksizin bir cihaz tarafından yayılan verilerdir.
• Bir cihazda yapılabilecek bir işlevi veya işlemi açıklayan komutlar . Örneğin, bir komut bir ağ geçidini yeniden başlatabilir veya uzak kamera kullanarak resim çekebilir.

İşbirliğini kolaylaştırmak ve geliştirmeyi hızlandırmak için bu öğeleri farklı modellerde yeniden kullanmak üzere arabirimlerde gruplandırabilirsiniz.

Model, Digital Twins Tanım Dili (DTDL) kullanılarak belirtilir.

IoT Tak Çalıştır, modelleme ve DTDL kullanımı isteğe bağlıdır. IoT cihaz temel öğelerini IoT Tak Çalıştır veya modelleme kullanmadan kullanabilirsiniz. Azure Digital Twins hizmeti ayrıca DTDL modellerini kullanarak binalar veya fabrikalar gibi ortamların dijital modellerini temel alan ikiz grafikler oluşturur.

Cihaz geliştiricisi olarak, bir IoT Tak Çalıştır cihazı uyguladığınızda izleyebileceğiniz bir dizi kural vardır. Bu kurallar, cihaz SDK'larında kullanılabilen temel bilgileri kullanarak kodda cihaz modelini uygulamak için standart bir yol sağlar.

Daha fazla bilgi edinmek için şu makalelere bakın:

• IoT Plug and Play nedir?
• IoT Tak ve Kullan modelleme kılavuzu

Konteyner kullanımı

Kapsayıcıya alma, kodunuzu basit ve yalıtılmış bir ortamda paketlemenin ve çalıştırmanın bir yoludur. Kapsayıcılar taşınabilir ve kapsayıcı çalışma zamanını destekleyen herhangi bir platformda çalıştırılabilir. Kapsayıcılar, kodunuz için tutarlı bir çalışma zamanı ortamı sağladığından kodunuzu paketlemek ve dağıtmak için iyi bir yoldur. Çalışma zamanı ortamı genellikle kodunuzun çalıştırması gereken hizmetleri, kitaplıkları ve paketleri içerir.

Uç tabanlı çözüm

Azure IoT İşlemleri uçta çalışan tüm bağlayıcılarını, aracılarını ve diğer bileşenleri kapsayıcıya alır. Azure IoT İşlemleri, kapsayıcı düzenleme platformu olan kubernetes kümesine dağıtılır. Oluşturduğunuz tüm özel bağlayıcıları veya diğer bileşenleri Kubernetes kümesine dağıtın.

Hem uç tabanlı hem de bulut tabanlı çözümlerin öğelerini içeren hibrit bir çözüm olarak IoT Hub'a uç tabanlı ağ geçidi olarak Azure IoT Edge kullanan bir çözümü görüntüleyebilirsiniz.

Bulut tabanlı çözüm

Cihaz kodunuzu çalıştırmak için Docker gibi kapsayıcılar kullanıyorsanız, kapsayıcı altyapısının özelliklerini kullanarak cihazlarınıza kod dağıtabilirsiniz. Kapsayıcılar ayrıca kodunuz için gerekli tüm kitaplık ve paket sürümlerinin yüklü olduğu bir çalışma zamanı ortamı tanımlamanızı sağlar. Kapsayıcılar, güncelleştirmeleri dağıtmayı ve IoT cihazlarınızın yaşam döngüsünü yönetmeyi kolaylaştırır.

Azure IoT Edge, cihaz kodunu kapsayıcılarda çalıştırır. Azure IoT Edge'i kullanarak cihazlarınıza kod modülleri dağıtabilirsiniz. Daha fazla bilgi edinmek için bkz . Kendi IoT Edge modüllerinizi geliştirme.

Tip

Azure IoT Edge birden çok senaryoya olanak tanır. IoT cihaz kodunuzu kapsayıcılarda çalıştırmanın yanı sıra, Cihazlarınızda Azure hizmetlerini çalıştırmak ve alan ağ geçitleri uygulamak için Azure IoT Edge'i kullanabilirsiniz. Daha fazla bilgi için bkz. Azure IoT Edge nedir?

Cihaz geliştirme araçları

Aşağıdaki tabloda kullanılabilir IoT cihaz geliştirme araçlarından bazıları listeilmektedir:

Tool	Açıklama
Azure IoT Hub (VS Code uzantısı)	Bu VS Code uzantısı, IoT Hub kaynaklarınızı ve cihazlarınızı VS Code içinden yönetmenize olanak tanır.
Azure IoT Explorer	Bu platformlar arası araç, IoT Hub kaynaklarınızı ve cihazlarınızı bir masaüstü uygulamasından yönetmenize olanak tanır.
Azure CLI için Azure IoT uzantısı	Bu CLI uzantısı , az iot device simulateaz iot device c2d-message ve gibi az iot hub monitor-eventscihazlarla etkileşimleri test etmenize yardımcı olan komutları içerir.

İlgili içerik

• IoT cihaz bağlantısı ve altyapısı
• IoT cihaz yönetimi ve denetimi
• Azure IoT hizmeti seçme