أجهزة إنترنت الأشياء | الوحدة الأولى | الدرس الثاني
أجهزة إنترنت الأشياء هو عنوان الدرس الثاني من الوحدة الأولى التي تحمل اسم “أسس إنترنت الأشياء” من مقرر “إنترنت الأشياء 1 – 1”.
سنتعرف في موضوع “أجهزة إنترنت الأشياء” على دور الكائنات الذكية (Smart Objects) والتمييز بين تصنيفاتها والتعرف على مكوناتها، كذلك التعرُّف على كيفية عمل المُستشعرات (Sensors) وأنواعها، وغيرهم.
أجهزة إنترنت الأشياء
لذا قم بقراءة نواتج التعلُّم جيدًا، واحرص على مراجعتها والتأكد من تحصيل المحتوى الخاص بها بعد انتهائك من دراسة الموضوع.
نواتج التعلُّم
- فهم دور الكائنات الذكية.
- تصنيف الكائنات الذكية.
- معرفة المكوِّنات الرئيسة للكائن الذكي.
- فهم كيفية عمل المُستشعرات.
- تمييز أنواع المُستشعرات.
- فهم كيفية عمل المُشغِّلات.
- تمييز أنواع المُشغِّلات.
هيا لنبدأ!
ما المقصود بالأشياء؟ (What is a Thing?)
ما هي الكائنات الذكية (The Smart Objects)؟
“الأشياء” أو “الكائنات الذكية” هي اللبنات الأساسية لإنترنت الأشياء، فهي أجهزة محوسبة صغيرة منخفضة التكلفة تتفاعل مع بيئتها المادية المحيطة بها، ويتم ذلك بجمع البيانات من المستشعرات، والتفاعل الفوري مع هذه البيانات عبر المشغِّلات.
تقوم المستشعرات والمشغِّلات بتحويل الأشياء اليومية إلى كائنات ذكية قادرة على الحصول على المعلومات من بيئتها والتفاعل معها بطريقة مفيدة.
وتكمن القوة الحقيقية للكائنات الذكية في حلول إنترنت الأشياء التي تربطها ببعضها، بدلًا من عملها بشكلٍ مستقلٍ كأجهزة قائمة بذاتها.
يتم تشغيل الكائنات الذكية بواسطة مصدر للطاقة، مثل: الشبكة الكهربائية أو البطارية، أو بمصدر للطاقة الذاتية عن طريق الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح.
يعتبر استهلاك هذه الكائنات للطاقة منخفضًا جدًا لدرجة أنه في بعض الأحيان من الممكن تشغيل الكائن الذكي لأشهر أو سنوات باستخدام البطاريات. يوجد جيل جديد من الكائنات (المستشعرات) الذكية الخاصة بالصحة، والتي من الممكن تشغيلها بالتيار الكهربائي المنبعث من جسم الإنسان.
يحتوي كل كائن ذكي على جهاز اتصال يقوم بإرسال البيانات التي يتم جمعها من المستشعرات ويتلقى التعليمات اللازمة للمشغِّلات. ويقوم جهاز الاتصال بتوصيل الكائن الذكي بالتخزين السحابي.
أجهزة إنترنت الأشياء
تصنيفات الكائنات الذكية (Classifications of Smart Objects) | أجهزة إنترنت الأشياء
- تعمل بالطاقة الذاتية أو تتصل بمزود للطاقة
قد يحتوي الكائن على مصدر الطاقة الذاتي الخاص به كالبطارية أو الألواح الشمسية، كما أنه من الممكن أن يعمل باستمرار بواسطة مصدر خارجي. يُمكِن للكائنات التي تعمل بالطاقة الذاتية أن تكون متحركة، أمّا الكائنات التي يتم تزويدها ببطاريات فتكون مقيدةً من حيث فترة استخدامها وقدرتها على جمع البيانات وإرسالها.
- متحرك أو ثابت
يُمكِن للكائن الذكي أن يكون مُتحركًا، أو أن يبقى ثابتًا في مكانه. كذاك من الممكن أن يكون الجسم متحركًا إذا تم توصيله بجسم متحرك أكبر.
- معدل إرسال بيانات منخفض أو مرتفع
من الممكن أن تكون عمليات إرسال البيانات الخاصة بعمليات المراقبة للكائن الذكي منخفضة أو مرتفعة.
فمثلًا، قد يرسِل مستشعر الصدأ الموجود على أحد الجسور القيم المسجلة شهريًا، وقد يرسِل مستشعر الحركة في السيارة قيم التسارع مئات المرات في الثانية. تؤدي معدلات التقارير المرتفعة إلى ازدياد استهلاك الطاقة؛ مما قد يفرض قيودًا على مصدر الطاقة.
- بيانات بسيطة أو معقَّدة
يعتمد هذا التصنيف على كمية البيانات التي تم جمعها وتبادلها خلال كل دورة تقارير. بإمكان مستشعر الرطوبة في حقل زراعي تسجيل قيمة يومية غير معقدة، في حين يسجِل مستشعر المحرك مئات القيم، مثل: درجة الحرارة، الضغط، سرعة الغاز، وسرعة الانضغاط.
يتم تحديد معدل نقل البيانات بناءً على عاملين هما تصنيف البيانات (بسيطة أو معقدة)، ومعدل إرسال البيانات (منخفض أو مرتفع).
والنتيجة هنا عبارة عن مقياس مدمج. قد ينقل كائن متوسط الإنتاج بيانات غير معقدة بمعدل مرتفع نسبيًا (في هذه الحالة يظهر مخطَّط التدفُّق بصورة متصلة)، أو قد ينقل بيانات كثيرة بمعدل منخفض نسبيًا (وفي هذه الحالة يبدو مخطَّط التدفُّق متقطعًا).
نطاق التقرير
تقوم المسافة بين الكائن الذكي وجامع البيانات بتحديد نطاق التقرير. على سبيل المثال، السوار الرياضي الذي يقوم بإرسال البيانات إلى هاتفك يصل نطاق التقرير به إلى بضعة أمتار، وفي المقابل قد يحتاج مستشعر الرطوبة المضمن في سطح الأسفلت في الطريق إلى الاتصال بهوائي يقع على بُعد مئات الأمتار أو حتى كيلومترات.
- كثافة الكائنات في كل خلية
يعتمد هذا التصنيف على كمية الكائنات الذكية ذات احتياجات الاتصال المتماثلة والمتصلة بنفس البوابة.
قد يستخدِم خط أنابيب النفط مستشعرًا واحدًا كل بضعة أميال، وفي المقابل تستخدِم تلسكوبات علم الفلك المئات أو حتى الآلاف من المرايا على مساحة صغيرة يتم تزويد كلٍ منها بمقاييس الجايروسكوب (أداة لتحديد زاوية الاتجاهات والدوران) ومستشعرات للجاذبية والاهتزاز.
قم بمراجعة محتوى موضوع “أجهزة إنترنت الأشياء” حتى هذه النقطة من خلال الرابط التالي:
المكوّنات الرئيسة للكائن الذكي (The Main of a Smart Object) | أجهزة إنترنت الأشياء
أجهزة إنترنت الأشياء
الكائن الذكي هو جهاز يمتلك 4 مكوّنات كحد أدنى، وهي:
لاحظ أن
قد يحتوي الكائن الذكي على مستشعر واحد فقط أو على مجموعة من المستشعرات، وكذلك على مشغِّل واحد فقط أو مجموعة من المشغِّلات، كما يُمكِن أن يحتوي على مجموعة من المشغِّلات والمستشعرات معًا، وذلك على حسب الغرض من تطبيق إنترنت الأشياء.
المستشعرات (The Sensors)
“يقوم المستشعر بتنفيذ ما يُشير إليه اسمه، فهو يستشعر“.
فعلى وجه التحديد، يقيس المستشعر كمية فيزيائية ويحولها إلى بيانات يمررها ليتم استخدامها بواسطة الأجهزة الذكية أو الإنسان.
لا تقتصر وظيفة المستشعرات على جمع البيانات الحسية المشابهة لحواس الإنسان، فهي توفر مجموعة واسعة من بيانات القياس وبدقة أكبر من الحواس البشرية. من الممكن تضمين المستشعرات في أي كائن مادي وتوصيلها بالإنترنت عن طريق الشبكات السلكية أو اللاسلكية.
تحتوي السيارة الحديثة على مجموعة متنوعة من المستشعرات التي تقوم بتوفير كمًا هائلًا من البيانات من الممكن استخدامها في أنظمة ذكية، أو مشاركتها مع المركبات الأخرى على الطريق.
بإمكان السائق فحص كل شيء بالسيارة والتحكُّم بها باستخدام مجموعة متنوعة من المستشعرات مثل قياس درجة حرارة الماء والزيت، والموقع وضغط الإطارات والسرعة، والتي توفر البيانات ذات العلاقة لتحسين السلامة وصيانة السيارة.
أجهزة إنترنت الأشياء
تصنيف المستشعرات (Classification of Sensors)
- نشطة أو سلبية
من الممكن تصنيف المستشعرات بناءً على مصدر الطاقة، فإذا كانت تتطلب مصدر طاقة خارجي للعمل وتنقل الطاقة وتكتشفها في نفس الوقت فهي مستشعرات (نشطة)، وإذا كانت لا تتطلب توفُّر أي مصدر طاقة خارجي ولا تنقل الطاقة، ولكن تكتشفها فقط فهي مستشعرات (سلبية).
- توغلية أو غير توغلية
من الممكن أن تكون المستشعرات جزءًا من البيئة التي تقيسها (توغلية)، أو قد تكون مكوّنًا خارجيًا (غير توغلية).
- تلامسية أو غير تلامسية
قد تتطلب المستشعرات ملامسة مادية للجسم الذي يتم قياسه (تلامسية)، وقد لا تتطلَّب ذلك (غير تلامسية).
- مطلقة أو نسبية
بإمكان المستشعرات جمع البيانات وفق مقياس مطلق، أو نسبةً إلى قيمةٍ مرجعية.
- مجال التطبيق
من الممكن تصنيف المستشعرات وفقًا للتطبيق المحدَّد الذي يتم استخدامها به.
أجهزة إنترنت الأشياء
قم بمراجعة محتوى موضوع “أجهزة إنترنت الأشياء” بدايةً من عنوان “المكوّنات الرئيسة للكائن الذكي” وحتى هذه النقطة من خلال الرابط التالي:
المشغِّلات (The Actuators) | أجهزة إنترنت الأشياء
“تعتبر المشغِّلات مُكمِّلة للمستشعرات”.
تستقبل المشغِّلات إشارة تحكُّم، وهي غالبًا إشارة كهربائية أو أمر رقمي يؤدي إلى تأثير فيزيائي على النظام.
أجهزة إنترنت الأشياء
تصنيف المشغِّلات (Classification of Actuators)
- نوع الحركة
من الممكن تصنيف المحركات وفقًا لنوع الحركة الصادرة منها.
أمثلة: خطي، دوراني، ذو محور واحد، ذو محورين، ذو ثلاث محاور.
- القوة الناتجة
من الممكن تصنيف المحركات وفقًا للقوة الناتجة.
أمثلة: طاقة عالية، طاقة منخفضة، وطاقة ضئيلة.
- نوع الإنتاج
من الممكن تصنيف المحركات وفقًا لطبيعة المُخرَجات المستقرة.
أمثلة: ثنائية، ومستمرة.
- مجال التطبيق
من الممكن تصنيف المحركات وفقًا لنوع الصناعة التي تُستخدَم فيها المحركات.
أمثلة: التصنيع، المركبات، والطب.
- نوع الطاقة
من الممكن تصنيف المحركات بناءً على نوع الطاقة التي تستخدمها.
أمثلة: كهربائية، كيميائية، وحركية.
قم بمراجعة محتوى موضوع “أجهزة إنترنت الأشياء” بداية عنوان “المُشغِّلات” وحتى هذه النقطة من خلال الرابط التالي:
كذلك بإمكانك التعرُّف على المزيد من المعلومات عن أجهزة إنترنت الأشياء من خلال الرابط التالي:
أجهزة إنترنت الأشياء: إحداث ثورة في الأعمال التجارية
اختبر تحصيلك لمحتوى الموضوع من خلال الرابط التالي:
الواجب الإلكتروني
إلى هنا يكون قد انتهى موضوع “أجهزة إنترنت الأشياء“، لا تنسوا مراجعة نواتج التعلُّم أعلى المقال، وانتظرونا في الموضوع القادم!