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“心臟病發作”。當你恢復意識時，你已經在手術室里，周圍都是身穿綠色長袍、臉上戴著口罩的醫生，準備進行手術。您發現您的動脈有多處阻塞，在這次危及生命的手術后，您必須在 ICU 中花費大量時間。害怕的？當發生意外故障時，您的車輛也會發生同樣的事情（不完全相同;-)）。如果您是車隊經理，那么這些頻繁的意外故障可能會使您遭受嚴重的心臟病發作（嚴重）。即使操作員進行定期維護和定期修理零件以防止停機。一半的預防性維護活動是無效的。這個問題不僅適用于車輛，也適用于所有機器。

2. 解決方案：預測性維護

這是一個嚴重的問題，可以通過預測性維護來減少其影響。當無法承受故障的影響時，例如飛機發動機故障，機器需要進行預防性維護，包括定期檢查和維修，通常根據使用時間安排。正確調度的挑戰隨著機器的復雜性而增加：在一個有許多組件協同工作并影響彼此壽命的系統中，我們如何才能找到應該執行維護的正確時刻，以便不會過早更換組件但整個系統仍然保持可靠運行？提供這個問題的答案是預測性維護的目的，

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議（例如 I2C 和 UART）有效地收集數據，并可以將數據安全地發送到 Microsoft Azure 以進行預測性維護。它還具有足夠的馬力，可以在未來的發展中用作邊緣設備。

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，并遵循高度安全設備的七個屬性。

我們關心我們的隱私（如果您不這樣做，那么您應該這樣做），因為在這個相互聯系且不斷提供廣告服務的世界中，我們的數據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，其診斷數據可能與我們用于廣告服務器的健康數據一樣重要。它需要不惜一切代價加以保護。

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展。
• 得益于Visual Studio，易于開發和調試。

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現。

• 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-球體傳感器項目

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

通過運行 Blink 應用程序確保一切就緒。

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

6. 設置 OBD-II 模塊

注意：我在這里使用的 OBD-II 模塊使用藍牙進行通信，這是這個安全項目中的一個弱點。我買了這個型號，因為它便宜而且我買得起。我想通過繞過藍牙芯片直接將UART引腳與Azure Sphere的UART端口進行修改。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。所以我繼續使用藍牙方法。如果可能，請使用物理介質將 OBD-II 模塊與 Azure Sphere 連接起來。

讓我們繼續設置這個模塊。設置此模塊非常簡單。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. 將藍牙模塊（HC-05）設置為主角色

注意：如果您在 Azure Sphere 和 OBD-II 模塊之間使用物理介質，請跳過此步驟。

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。藍牙連接需要一主一從。主機發起配對和鏈接請求。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，并發起鏈接請求以連接從機，即 OBD-II 模塊。

HC-05 的默認角色為從機，若要設置為主機，請按照以下步驟操作。

• 使用 FTDI 模塊將藍牙模塊與 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模塊的藍牙地址。它在配置 HC-05 模塊時很有用。作為參考，我們假設 OBD-II 模塊的地址是 12:34:56:78:9a:bc
• 設置完成后，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置為38400。將下面列出的AT指令一一發送，將HC-05配置為主機。

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. 將藍牙/OBD-II 模塊與 Azure Sphere 連接

• 如果您使用物理介質將 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 設置為數據通信模式。

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

9. 軟件

該項目的代碼托管在 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 是不可能實現的。

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

在這個項目中，我使用了 Avenet Technical Training Course 提供的模板來設計我的 IoT Central Dashboard。它在儀表板上顯示冷卻液溫度、發動機轉速和節氣門位置等遙測數據。此模板還可用于通過“設置”選項卡控制設備。

您可以參考本次Azure Sphere 技術培訓課程中提供的文檔下載模板。我建議完成此培訓，因為它將非常有幫助，而且它是免費的。如果您了解 IoT Central 并且只想要模板，請點擊此鏈接。

有趣的部分并不止于此。您可以使用上傳到 IoT Central 的所有數據來預測車輛中可能發生的潛在故障，甚至在故障發生之前就仔細計劃維修。這樣不僅可以節省大量資金，還可以減少車輛停機時間并更好地計劃。

Microsoft Azure 提供了大量服務，從物聯網中心到機器學習，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所做的限制。

Microsoft Azure 提供的服務概覽

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11. 總裝

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1 / 2 ?瓶中的吉妮

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上圖代表測試環境。在測試環境中，筆記本電腦為設備提供電源和調試環境。在最終設置中，設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“設備輸出”選項卡中顯示輸出。

設備成功連接到 IoT Central 時的設備輸出

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

將遙測數據發送到 IoT Central 的設備

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• 上圖顯示了設備成功將遙測數據上傳到 IoT Central 時的輸出。可以看出，數據是按{key:pair}排列的。它還顯示 IoT Central 收到的確認。

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

測試完成后，將設備放在可以保護它并使其看起來干凈的外殼中。

項目看起來很干凈 :-) 但不是我的車 :-(

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開源就是愛。快樂制作:-)