Handboek · hoofdstuk 37Embedded systemen en IoT

Polling ziet een ingang alleen wanneer de lus haar leest. Een puls van 1 ms kan volledig tussen twee reads van 50 ms vallen. Een interrupt legt de gebeurtenis meteen vast, maar stopt tijdelijk de gewone taak. De handler moet kort blijven: tel of zet een vlag; loggen, wifi, wachten en complexe berekeningen horen in de voorgrond.

volatile vertelt de compiler dat een waarde buiten de gewone control flow kan veranderen. Het maakt een 32-bit read op een 8-bit AVR niet atomair. De interrupt kan tussen twee byte-reads vallen; je krijgt een samengestelde waarde die nooit bestaan heeft. Kopieer in een korte kritieke sectie en herstel de eerdere interruptstatus in algemene librarycode. De eenvoudige lescode roept de sectie alleen vanuit de voorgrond aan waar interrupts vooraf actief zijn.

Een hardwaretimer telt klokpulsen. Met 16 MHz en prescaler 64 wordt één tick 4 µs. Een 16-bit teller loopt dan na 65536 ticks, dus 262,144 ms, rond. Voor een compare-interval van 1 ms zijn 250 ticks nodig; bij tellen van 0 tot en met comparewaarde is het register 249. De timerconfiguratie hangt af van het bord en conflicteert soms met PWM of bibliotheken.

millis() geeft een modulo 32-tijd. Gebruik uint 32_t dt=nu-laatst, niet nu> laatst+periode. Unsigned aftrekken werkt over één rollover zolang de bedoelde tijdspanne korter is dan de tellercyclus. Een kalenderklok is voor logs, een monotone klok voor deadlines; NTP-correcties mogen geen actuatorvenster vooruit of achteruit springen.

Een hard real-time eis faalt zodra de deadline gemist wordt; een soft real-time eis tolereert aantoonbaar beperkte vertraging. Een noodstop mag niet van een gemiddelde MQTT-respons afhangen. De lokale regeltaak draait met vaste periode; de logger mag een korte achterstand bufferen, met een expliciete grens en meldgedrag.

Maak een taakbudget met worst-case uitvoeringstijd C, periode T en maximale blokkeertijd. $U=\sum C_i/T_i$ kleiner dan 1 is noodzakelijk voor één CPU, maar bewijst niet dat een willekeurige scheduler alle deadlines haalt. Prioriteit, interrupts, niet-preëmptieve stukken en I/O blokkeren ook. In i40 duurde de langste gesimuleerde loop 48,8 ms; dat is bewijs voor dat scenario, geen universele worst-case grens.

De modelbenutting is 0,0085 = 0,85 %. Een blokkerende wifi-connect van 2 s kan ondanks dit lage getal een 1 s-deadline missen.

UART is asynchroon: beide kanten stemmen baudrate en frame af. TX gaat naar RX en er is een gemeenschappelijke referentie, tenzij een geïsoleerde interface gebruikt wordt. Een Mega-uitgang van 5 V is niet automatisch veilig voor een 3,3 V-gateway. Gebruik geschikte niveauaanpassing; TTL-UART is geen RS-232 of RS-485.

Een eigen frame bevat versie, lengte, payload en checksum of CRC. Een regel met newline kan eenvoudiger zijn, maar krijgt een maximale lengte en parse-timeout. Negeer onbekende versies, meld beschadigde frames en resynchroniseer. Een CRC detecteert transmissiefouten; een aanvaller kan ook de CRC herberekenen, dus het is geen authenticatie. De bridge laat de bestaande lokale logger en regeling werken als zij uitvalt.

I²C gebruikt SDA en SCL met open-drain uitgangen en pull-ups. De stijgtijd groeit met buscapaciteit: ruwweg tᵣ≈0,8473RC tussen 30 en 70 % van de voedingsspanning. De NXP-specificatie geeft voor Standard-mode 100 kbit/s een stijgtijdgrens van 1000 ns. Lange kabels, parallelle pull-ups en verschillende spanningen moeten samen getoetst worden.

Behoud i30: SHT31 0x44, DS3231 0x68, INA226 0x40/0x41; e14 heeft ADS1115 0x48 en BME280 0x76 op zijn eigen luchtknoop. Twee sensoren met hetzelfde adres vragen een tweede bus, alternatief adres of multiplexer. Wifi vergroot het netwerkbereik zonder alle stationskabelcapaciteit aan één I²C-bus toe te voegen.

SPI gebruikt een klok, MOSI, MISO en per slave een selectielijn. Snelheid, clock polarity/phase en woordlengte worden per apparaat afgesproken. Er is geen algemeen ingebouwd adres- of afleverprotocol. Een deselected slave moet MISO vrijgeven; anders vechten twee uitgangen. Een SD-kaart kan tijdens schrijven lang bezig zijn, ook als de SPI-klok snel is.

Behoud de SD-interface van i30 op de Mega, met CS53. Schrijf eerst een begrensde RAM-buffer en plan flush/close; bij stroomuitval is wat alleen in RAM of de kaartcache zit niet gegarandeerd bewaard. Een vlotteralarm mag geen SD-write afwachten. Pas de buffer aan het 8 k B SRAM-budget van de Mega aan en leg verliesgedrag bij vol geheugen vast.

Wifi geeft een lokaal IP-netwerk; MQTT verbindt publishers en subscribers via een broker. De Pi host de lokale broker. Een topic als habitat/kas/telemetrie benoemt een stroom; habitat/module/setpoint benoemt een gecontroleerd voorstel. Een node krijgt alleen toegang tot eigen publicaties en toegestane commando's.

Qo S0 is hoogstens eenmaal; Qo S1 minstens eenmaal en dus mogelijk dubbel; Qo S2 levert eenmaal binnen het protocolpad met meer overhead. Geen niveau bewijst dat een fysieke pompbeurt precies eenmaal is uitgevoerd. Gebruik request-ID en applicatiebevestiging met aanvaard/weigering/voltooid. Retained bewaart de laatste payload voor latere subscribers: geschikt voor status mét leeftijd, gevaarlijk voor een oud startbevel. Commando's zijn hier niet retained en hebben een vervaltijd.

Een telemetrieknoop kan 2 s actief zijn en 58 s slapen. Met de expliciete rekenwaarden 120 m A actief en 0,05 m A rust is gemiddeld 4,048 m A. Een batterij van 2000 m Ah met 80 % bruikbaar houdt in dat model 16,47 dagen, vóór zelfontlading, kou en regelaarverlies. Gebruik stroommetingen van het hele bord: een powerled of USB-omzetter kan de chipwinst tenietdoen.

Bij deep sleep van de ESP32 wordt veel toestand uitgezet en blijft wifi niet gewoon verbonden. Ontwaken, DHCP, TLS en publiceren kosten tijd en energie. Reken per cyclus de werkelijke herverbinding mee. Een vaste veiligheidssensor met snelle deadline mag daarom niet dezelfde slaapstrategie gebruiken als een buitenweerlogger. Voed alarm- en regelknopen vast; slaap alleen waar gemiste tussenmetingen verantwoord zijn.

TLS beschermt transport vertrouwelijkheid en integriteit en controleert het certificaat van de peer. Certificaatcontrole uitzetten om een klokfout te omzeilen verwijdert een kernbescherming. Geef elke knoop een eigen credential, beperkte ACL en een intrekbaar updatepad. Een gedeeld wachtwoord op alle nodes maakt één verloren sensor een stationsincident.

Minimale toegang, veilige updates, inventaris, logbare wijzigingen en herstel horen bij het ontwerp. Firmware-updates worden ondertekend of anders aantoonbaar geauthenticeerd; test een mislukte update en terugrol. Een MQTT-payload is onbetrouwbare invoer: stel maximale grootte, vaste schema's en bereik in, voer er geen code uit. Koppel het sensornet van gastenwifi; toegang tot een topic is geen recht om de hardware-noodstop te wijzigen.