إنترنت الأشياء (IoT): كيف تختار المكونات المادية
تشتمل المكونات المادية المستخدمة في أنظمة إنترنت الأشياء على أجهزة القيادة عن بُعد وأجهزة التحكم والخوادم وأجهزة التوجيه وأجهزة الاستشعار. تدير هذه المكونات المهام والوظائف الرئيسية مثل تشغيل النظام وتحديد السلوك والأمان والاتصال والكشف لدعم الأهداف والإجراءات المحددة.
يمكن أن تتنوع مكونات إنترنت الأشياء من اللوحات منخفضة الطاقة أو معالجات أحادية اللوحة مثل Arduino Uno وهي عبارة عن لوحات أصغر يتم توصيلها باللوحات الرئيسية لتحسين وزيادة وظائفها للوصول إلى وظائف أو ميزات محددة (مثل GPS أو مستشعرات الضوء والحرارة أو شاشات العرض التفاعلية). يحدد المبرمج مدخلات ومخرجات اللوحة ثم ينشئ تصميم لتوضيح تفاعل هذه المدخلات والمخرجات.
نظام أساسي آخر لإنترنت الأشياء هو Raspberry Pi 2 وهو جهاز كمبيوتر صغير التكلفة وبأسعار معقولة يمكنه دمج خادم ويب كامل. غالبًا ما يطلق عليه “RasPi” فهو يتمتع بقوة معالجة وذاكرة كافية لتشغيل Windows 10 عليه بالإضافة إلى IoT Core. يقدم RasPi إمكانيات معالجة رائعة خاصة عند استخدام لغة برمجة Python.
BeagleBoard هو كمبيوتر ذو لوحة واحدة مع نظام تشغيل قائم على Linux ويستخدم معالج ARM قادرًا على القيام بمعالجة أقوى من RasPi.
تعد لوحات Galileo و Edison من عملاق التكنولوجيا Intel من الخيارات الأخرى وكلاهما رائع للإنتاج على نطاق واسع وقد قامت Qualcomm بتصنيع مجموعة من تقنيات إنترنت الأشياء على مستوى المؤسسات للسيارات والكاميرات إلى الرعاية الصحية.
أولا: المكونات الأساسية لأجهزة إنترنت الأشياء
سنتحدث هنا بعض أجهزة إنترنت الأشياء:
الأشياء
“الشيء” في IOT هو الأصل الذي تريد التحكم فيه أو مراقبته أو قياسه. في العديد من منتجات إنترنت الأشياء يتم دمج ” الشيء” بالكامل في جهاز ذكي. على سبيل المثال فكر في منتجات مثل ثلاجة ذكية أو سيارة آلية. هذه المنتجات تتحكم وتراقب نفسها.
هناك أحيانًا العديد من التطبيقات الأخرى حيث يعد “الشيء” كجهاز بمفرده، ويتم توصيل منتج منفصل للتأكد من أنه يمتلك قدرات ذكية.
إقرأ أيضا: أفضل برنامج كتابة على الصور مجاني 2022
وحدة الحصول على البيانات
تركز وحدة الحصول على البيانات على الحصول على إشارات مادية من الشيء الذي تتم ملاحظته أو مراقبته وتحويلها إلى إشارات رقمية يمكن التلاعب بها أو تفسيرها بواسطة الكمبيوتر.
هذا هو المكون المادي لنظام IOT الذي يحتوي على جميع المستشعرات التي تساعد في الحصول على إشارات العالم الحقيقي مثل درجة الحرارة والضغط والكثافة والحركة والضوء والاهتزاز وما إلى ذلك. يعتمد نوع وعدد المستشعرات التي تحتاجها على التطبيق الخاص بك.
تتضمن هذه الوحدة أيضًا الأجهزة اللازمة لتحويل إشارة المستشعر الواردة إلى معلومات رقمية ليستخدمها الكمبيوتر. يتضمن ذلك تكييف الإشارة الواردة وإزالة الضوضاء والتحويل التناظري إلى الرقمي والتفسير والقياس.
إقرأ أيضا: تحويل الصوره لرابط | الطريقة الكاملة 2022
وحدة معالجة البيانات
هذا هو “الكمبيوتر” الفعلي والوحدة الرئيسية التي تعالج البيانات وتنفذ عمليات مثل التحليلات المحلية، وتخزين البيانات محليًا، وتؤدي بعض عمليات الحوسبة الأخرى.
إقرأ أيضا: حل مشكلة عدم ظهور الاشعارات في ويندوز 10
وحدة الاتصال
هذا هو الجزء الذي يمكّن الاتصالات مع Cloud Platform الخاص بك ومع أنظمة الجهات الخارجية إما محليًا أو في السحابة.
إقرأ أيضا: كيفية طباعة صفحات وورد متفرقة من أقسام متعددة
ثانيا: مستشعرات إنترنت الأشياء IOT
ربما تكون أجهزة الاستشعار هي أهم أجهزة إنترنت الأشياء. تتكون هذه الأجهزة من مجموعة متنوعة من الوحدات النمطية مثل وحدات الطاقة ووحدات التردد اللاسلكي ووحدات إدارة الطاقة ووحدات الاستشعار.
إقرأ أيضا: كيف تعمل أنظمة سكادا SCADA
ثالثا: الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء
الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء هي أجهزة صغيرة يمكن ارتداؤها على الرأس والرقبة والذراعين والجذع والقدمين.
تشمل الأجهزة الذكية القابلة للارتداء الحالية:
- الرأس – الخوذات والنظارات
- العنق – المجوهرات والياقات
- الذراع – ساعات المعصم، الأساور، الخواتم
- الجذع – قطع الملابس، وحقائب الظهر
- قدم – أحذية، جوارب
إقرأ أيضا: أفضل برامج ارسال التطبيقات بالبلوتوث
رابعا: الأجهزة الأساسية
تظل الأجهزة اليومية التي نستخدمها مثل سطح المكتب والهواتف المحمولة والأجهزة اللوحية جزءًا لا يتجزأ من نظام إنترنت الأشياء.
- يوفر سطح المكتب للمستخدم مستوى عالٍ جدًا من التحكم في النظام وإعداداته.
- يعمل الجهاز اللوحي كجهاز تحكم عن بعد ويوفر الوصول إلى الميزات الرئيسية للنظام.
- يسمح الهاتف المحمول بالوظائف عن بُعد وبعض تعديل الإعدادات الأساسية.
تشمل الأجهزة الرئيسية الأخرى المتصلة أجهزة الشبكة القياسية مثل أجهزة التوجيه والمبدلات.
مع توسع نطاق عمل إنترنت الأشياء سيتم تطوير أجهزة ومنصات جديدة لإنترنت الأشياء. كجزء من هذه العملية سوف تحتاج إلى التفكير في اتباع متطلبات أجهزة إنترنت الأشياء:
إقرأ أيضا: أفضل برنامج زيادة متابعين تويتر حقيقيين
معالجة البيانات والقدرة على التخزين
تحتاج أجهزة إنترنت الأشياء إلى قدرة معينة على معالجة البيانات وتخزينها مما يساعد على تجميع البيانات ونقلها وتحليلها. تشمل العوامل التي تؤثر على متطلبات معالجة البيانات وتخزينها عدد المستشعرات المرفقة والغرض من البيانات التي يتم التقاطها ومعدل أخذ عينات البيانات.
سيحتاج الجهاز السلكي والمتصل الموجود في مبنى ذكي وهو الجهاز الذي يحمل كميات قليلة من البيانات الخام مباشرة إلى خادم يسهل الوصول إليه بشكل كبير إلى طاقة معالجة بيانات وتخزين أقل مقارنة بالجهاز الذي يتطلب معالجة كميات كبيرة من البيانات. تحتاج الأجهزة التي تنفذ تحليلات متقدمة إلى قدرات معالجة أكثر بكثير من الأجهزة التي تقوم بمعالجة البيانات الأساسية فقط مثل التحقق من الصحة أو التطبيع أو القياس. تعتمد قوة المعالجة وقدرة التخزين التي يستخدمها تطبيق إنترنت الأشياء على المعالجة التي تتطلبها الخدمات أو التطبيقات التي تستهلك البيانات.
إقرأ أيضا: كل ما عليك معرفته عن هواوي ميت بوك X برو 2021
متطلبات الأمن والامان في IOT
نظرًا لأن الأمان عنصر أساسي في إنترنت الأشياء فيجب مراعاته في كل مرحلة من مراحل التصميم والتطوير. بشكل عام تنطبق متطلبات الأمان على أجهزة إنترنت الأشياء نفسها وشبكة إنترنت الأشياء وتطبيقات الخدمة السحابية والجوال والويب.
تتضمن متطلبات الأمان المعنية:
- التأكد من أن كل جهاز لديه طاقة معالجة وذاكرة كافية لتكون قادرة على تشفير وفك تشفير المعلومات والرسائل بالسرعة التي يتم إرسالها واستلامها.
- التأكد من أن مكتبات تطوير البرامج المضمنة يجب أن تدعم التحقق من إمكانيات الوصول وتمتلك آليات التحكم التي يتم استخدامها للمصادقة مع خدمات وتطبيقات المصدر.
من أجل تأمين التصميم يجب حماية تدفق البيانات وتشفيرها. بالإضافة إلى استخدام الأجهزة المرخصة من DPA للتأكد من أن لديك ما يكفي من أمان التصميم.
إقرأ أيضا: أهم مواصفات هواوي واتش جي تي 3
بساطة التطوير مع انترنت الاشياء
تعد بساطة التطوير من المتطلبات الرئيسية الأخرى ذات الأولوية التي يمكنك من خلالها الحصول بسهولة وسرعة على أجهزة إنترنت الأشياء التي تحتفظ بالبيانات والواجهة مع بعضها البعض بما في ذلك الأجهزة بالإضافة إلى السحابة. تحتاج إلى النظر في إمكانية الوصول إلى أدوات التطوير، وجودة وثائق API ، والدعم المقدم من الشركة المصنعة للجهاز أو من قبل فريق التطوير. من الضروري تحديد أجهزة سريعة وسهلة البرمجة والنشر، مع الحد الأدنى من الإعداد المطلوب لكل جهاز وتوفير وقت أقل أثناء تطوير حل إنترنت الأشياء الخاص بك.
إقرأ أيضا: أفضل العاب ايفون 2022 .. القائمة الكاملة
الاتصال في انترنت الاشياء
يحتوي الاتصال للشبكات اللاسلكية على نطاق التشغيل والمسافة التي يجب إرسال الإشارة عندها والحجم المتوقع ومعدل نقل البيانات. تحتاج إلى التفكير في التعامل مع الخطأ وقدرة الجهاز على استئناف الاتصال وإعادة محاولة إرسال البيانات بعد فصله. ضع في اعتبارك أن أجهزتك قد تحتوي على اتصال شبكة مثل Bluetooth أو WiFi أو قد تحتاج هذه القدرة إلى التكامل مع لوحة التوسيع أو الوحدة النمطية.
إقرأ أيضا: كيفية حظر رقم على هواتف Samsung Galaxy
الطاقة مع مكونات IOT
المتطلبات الأخرى مثل العدد الإجمالي لأجهزة الاستشعار المطلوبة، ومعدل نقل الشبكة، سيكون لها تأثير مباشر على متطلبات طاقة الجهاز. حدد ما إن كان جهازك سيكون موصلاً بالطاقة، أو يحتاج إلى مصدر طاقة محمول مثل بطارية أو مكثف فائق. إذا كان يحتاج إلى مصدر طاقة محمول، فعليك معرفة الوزن والحجم والسعة المطلوبة لمزود الطاقة، وكذلك ما إذا كان يجب أن يكون قابلاً لإعادة الشحن والاستغناء عن مصدر الطاقة (مثل البطارية).
إقرأ أيضا: هواوي تنال الثناء باصدارها الأخير من الهواتف الذكية: P50 برو
تكلفة تجهيزات وعناصر IOT
بشكل عام تتضمن تكلفة الأجهزة بشكل أساسي النفقات الأولية للأجهزة والمكونات ذات الصلة مثل المستشعرات مع تكاليف التشغيل المستمرة، وكذلك تكاليف الطاقة والصيانة في حالة استبدال المكونات المعيبة. بالإضافة إلى النظر في رسوم الترخيص المجدية لبعض المكونات. قد يكون استخدام لوحات التطوير الجاهزة المتاحة تجاريًا أكثر فعالية من حيث التكلفة واقتصاديًا من تصنيع اللوحات المخصصة.
إقرأ أيضا: ما هو ملف XLSX وكيف يمكن فتحه؟
النموذج الأولي هو في الأساس نسخة تجريبية من أدواتك المتصلة التي تم إنشاؤها باستخدام مكونات أجهزة غير مكلفة تحتوي على أجهزة استشعار ووحدات تحكم دقيقة و الحواسيب الصغرية.
ثلاثة أنواع من حلول النماذج الأولية لإنترنت الأشياء:
أولا: مجموعات تطوير إنترنت الأشياء للتوصيل والتشغيل” Plug-and-play“
تشتمل مجموعات تطوير إنترنت الأشياء للتوصيل والتشغيل على متحكم AVR 8 بت فعال من حيث التكلفة (MCU) وعنصر آمن للمصادقة المشفرة ووحدة Wi-Fi معتمدة بالكامل لإعطاء طريقة سهلة ومنتجة لتوصيل التطبيقات المضمنة بـ Cloud IoT النظام الأساسي والمساعدة كامتدادات لأجهزة الكمبيوتر الدقيقة الكاملة مثل Arduino و BeagleBoard. تستخدم بشكل عام للأغراض التعليمية.
إقرأ أيضا: تصميم فيديو على ايفون .. أفضل 7 برامج حتى الآن
ثانيا: مجموعات تطوير Microcontroller
تعد لوحة تطوير إنترنت الأشياء حلاً للنماذج الأولية مع معالجات منخفضة الطاقة تدعم العديد من بيئات البرمجة مثل Lua و C ++ لجمع بيانات المستشعر بمساعدة البرامج الثابتة ونقلها إلى خادم محلي أو خادم قائم على السحابة. هناك عدد قليل من حلول النماذج الأولية القوية للأجهزة مثل Raspberry PI و Beagle Board والتي تُعرف باسم أجهزة الكمبيوتر الصغيرة. يتم تعزيز وحدات التحكم الدقيقة هذه باستخدام معالجات رباعية النوى، وتدعم نظام التشغيل الكلاسيكي وتساعد على أنواع مختلفة من أجهزة الإخراج.
تعد إنتاجية الطاقة إحدى سمات الأداء الرئيسية في MCU حيث لا يمكن استخدام وحدات التحكم الدقيقة التي تستخدم قدرًا كبيرًا من الطاقة كأساس لأجهزة إنترنت الأشياء القابلة للارتداء أو التطبيقات منخفضة الطاقة.
مع توفر الكثير من الشركات المصنعة لـ MCU هناك سيتعين علينا البحث عن الحلول الأكثر شيوعًا:
ESP8266
تدعم وحدة MCU منخفضة التكلفة شبكة Wi-Fi بالإضافة إلى بروتوكول المراسلة MQTT، مما يسمح للمطورين بتوصيل اللوحة بالإنترنت بدون حل بوابة ودمجها مع شبكات الأجهزة المركبة المكونة من أجهزة استشعار ذكية. من ناحية أخرى، استنادًا إلى الجهاز والإعداد، يمكن للأداة التي تبلغ سعتها 3000 مللي أمبير في الساعة الحفاظ على استهلاك طاقة وحدة التحكم الدقيقة لمدة تصل إلى 3 سنوات.
ESP32
نظرًا لكونه الجيل التالي من ESP8266، فإن ESP32 يمتلك مركزي وحدة معالجة مركزية يعملان بتردد 160 ميجاهرتز، ويحتوي على ذاكرة وصول عشوائي محسّنة تبلغ حوالي 512 كيلو بايت مما يسمح بدعم خوارزميات تشفير محددة ويمكن أن يدعم كبوابة للأجهزة التي تعمل بتقنية Bluetooth فقط. عند النظر في مقابل جهاز 3000 مللي أمبير في الساعة، من المحتمل أن تستمر MCU لما يقرب من 5 سنوات.
ATmega328P
يعمل ATmega328P بتردد 8-16 ميجا هرتز ويحتاج إلى واجهات لاسلكية. إذا نظرنا في استخدام MCU بشكل منفصل، فسوف نحتاج إلى أداة إضافية لتنفيذ الوظائف المطلوبة. يعمل المتحكم الدقيق على تسريع قياس شدة الضوء وتراكم بيانات المستشعر. يتراوح استهلاكها للطاقة من 50 مللي أمبير إلى 0.004 مللي أمبير.
STM32F469
تم تصميمه خصيصًا لواجهات شاشة LCD وأجهزة التحكم في المستشعرات، والأدوات القابلة للارتداء، وتساعد وحدات التحكم الدقيقة STM32F469 العمليات الحسابية الثقيلة وتسمح لخبراء تطوير تطبيقات إنترنت الأشياء بصياغة واجهات مستخدم رسومية متقدمة. جهاز يمكن ارتداؤه مثل Apple Watch. تستمر بطاريته ما بين 7-10 أيام.
إقرأ أيضا: زيادة مساحة التخزين على اندرويد 2022
ثالثا: الحواسيب الصغرية
تستفيد الحواسيب الصغرية من نظام التشغيل وتعتمد على مجموعة متنوعة من أدوات وبيئات التطوير. بالإضافة إلى ذلك يتم تزويد الحواسيب الصغرية بمسرعات الرسوم والمعالجات رباعية النوى وتعمل بالتزامن مع العديد من أدوات الإخراج.
إقرأ أيضا: مقارنة Xbox X VS PS5
