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C, जिसे आई-स्क्वेयर्ड-सी के रूप में उच्चारित किया जाता है, एक मल्टी-कंट्रोलर, मल्टी-पेरिफेरल प्रोटोकॉल है, जिसमें कोई भी कनेक्टेड डिवाइस कंट्रोलर या पेरिफेरल के रूप में कार्य कर सकता है और I²C बस (डेटा ट्रांसफर करने वाली संचार प्रणाली) के माध्यम से संवाद कर सकता है। डेटा को एड्रेस्ड पैकेट्स के रूप में भेजा जाता है, जिसमें प्रत्येक पैकेट में उस कनेक्टेड डिवाइस का पता होता है जिसके लिए यह भेजा गया है।

💁 इस मॉडल को पहले मास्टर/स्लेव कहा जाता था, लेकिन इस शब्दावली को अब इसके गुलामी से जुड़े संदर्भों के कारण छोड़ दिया गया है। ओपन सोर्स हार्डवेयर एसोसिएशन ने कंट्रोलर/पेरिफेरल को अपनाया है, लेकिन आप अभी भी पुराने शब्दावली के संदर्भ देख सकते हैं।

डिवाइस का एक पता होता है जिसका उपयोग वे I²C बस से कनेक्ट होने पर करते हैं, और यह आमतौर पर डिवाइस पर हार्ड कोडेड होता है। उदाहरण के लिए, Seeed के प्रत्येक प्रकार के Grove सेंसर का एक ही पता होता है, जैसे सभी लाइट सेंसर का एक ही पता होता है, सभी बटन का पता लाइट सेंसर के पते से अलग होता है। कुछ डिवाइस में पते को बदलने के तरीके होते हैं, जैसे जंपर सेटिंग्स बदलकर या पिन्स को सोल्डर करके।

I²C में 2 मुख्य तारों के साथ 2 पावर तार होते हैं:

तार	नाम	विवरण
SDA	सीरियल डेटा	यह तार डिवाइसों के बीच डेटा भेजने के लिए है।
SCL	सीरियल क्लॉक	यह तार कंट्रोलर द्वारा सेट की गई दर पर एक क्लॉक सिग्नल भेजता है।
VCC	वोल्टेज कॉमन कलेक्टर	डिवाइसों के लिए पावर सप्लाई। यह तार SDA और SCL तारों से जुड़ा होता है और एक पुल-अप रेसिस्टर के माध्यम से उनकी पावर प्रदान करता है, जो सिग्नल को तब बंद कर देता है जब कोई डिवाइस कंट्रोलर न हो।
GND	ग्राउंड	यह इलेक्ट्रिकल सर्किट के लिए एक सामान्य ग्राउंड प्रदान करता है।

डेटा भेजने के लिए, एक डिवाइस एक स्टार्ट कंडीशन जारी करेगा ताकि यह दिखा सके कि वह डेटा भेजने के लिए तैयार है। इसके बाद वह कंट्रोलर बन जाएगा। कंट्रोलर फिर उस डिवाइस का पता भेजता है जिससे वह संवाद करना चाहता है, साथ ही यह भी बताता है कि वह डेटा पढ़ना चाहता है या लिखना। डेटा ट्रांसमिट होने के बाद, कंट्रोलर एक स्टॉप कंडीशन भेजता है ताकि यह संकेत दे सके कि उसने काम पूरा कर लिया है। इसके बाद कोई अन्य डिवाइस कंट्रोलर बन सकता है और डेटा भेज या प्राप्त कर सकता है।

I²C की गति सीमाएँ होती हैं, जिसमें 3 अलग-अलग मोड्स निश्चित गति पर चलते हैं। सबसे तेज़ High Speed मोड है, जिसकी अधिकतम गति 3.4Mbps (मेगाबिट्स प्रति सेकंड) है, हालांकि बहुत कम डिवाइस इस गति का समर्थन करते हैं। उदाहरण के लिए, Raspberry Pi केवल fast मोड पर 400Kbps (किलोबिट्स प्रति सेकंड) तक सीमित है। Standard मोड 100Kbps पर चलता है।

💁 यदि आप Raspberry Pi का उपयोग Grove Base hat के साथ IoT हार्डवेयर के रूप में कर रहे हैं, तो आप बोर्ड पर कई I²C सॉकेट देख सकते हैं जिनका उपयोग I²C सेंसर के साथ संचार करने के लिए किया जा सकता है। एनालॉग Grove सेंसर भी I²C का उपयोग ADC के साथ करते हैं ताकि एनालॉग मानों को डिजिटल डेटा के रूप में भेजा जा सके। इसलिए, आपने जो लाइट सेंसर उपयोग किया था, वह एक एनालॉग पिन का अनुकरण करता है, और मान I²C के माध्यम से भेजा जाता है क्योंकि Raspberry Pi केवल डिजिटल पिन का समर्थन करता है।

Universal asynchronous receiver-transmitter (UART)

UART में भौतिक सर्किटरी शामिल होती है जो दो डिवाइसों को संचार करने की अनुमति देती है। प्रत्येक डिवाइस में 2 संचार पिन होते हैं - transmit (Tx) और receive (Rx), जहां पहले डिवाइस का Tx पिन दूसरे डिवाइस के Rx पिन से जुड़ा होता है, और दूसरे डिवाइस का Tx पिन पहले डिवाइस के Rx पिन से जुड़ा होता है। यह डेटा को दोनों दिशाओं में भेजने की अनुमति देता है।

डिवाइस 1 अपने Tx पिन से डेटा भेजता है, जिसे डिवाइस 2 अपने Rx पिन पर प्राप्त करता है।
डिवाइस 1 अपने Rx पिन पर डेटा प्राप्त करता है, जिसे डिवाइस 2 अपने Tx पिन से भेजता है।

🎓 डेटा एक बार में एक बिट भेजा जाता है, और इसे serial संचार कहा जाता है। अधिकांश ऑपरेटिंग सिस्टम और माइक्रोकंट्रोलर में serial ports होते हैं, यानी ऐसे कनेक्शन जो सीरियल डेटा भेज और प्राप्त कर सकते हैं और आपके कोड के लिए उपलब्ध होते हैं।

UART डिवाइसों की एक baud rate होती है (जिसे Symbol rate भी कहा जाता है), जो डेटा भेजने और प्राप्त करने की गति को बिट्स प्रति सेकंड में दर्शाती है। एक सामान्य baud rate 9,600 है, जिसका मतलब है कि हर सेकंड 9,600 बिट्स (0s और 1s) डेटा भेजा जाता है।

UART स्टार्ट और स्टॉप बिट्स का उपयोग करता है - यानी यह एक स्टार्ट बिट भेजता है यह संकेत देने के लिए कि यह डेटा का एक बाइट (8 बिट्स) भेजने वाला है, और फिर 8 बिट्स भेजने के बाद एक स्टॉप बिट भेजता है।

UART की गति हार्डवेयर पर निर्भर करती है, लेकिन सबसे तेज़ कार्यान्वयन भी 6.5 Mbps (मेगाबिट्स प्रति सेकंड, या लाखों बिट्स, 0 या 1, प्रति सेकंड भेजे गए) से अधिक नहीं होती।

आप GPIO पिन्स पर UART का उपयोग कर सकते हैं - आप एक पिन को Tx और दूसरे को Rx के रूप में सेट कर सकते हैं, फिर इन्हें दूसरे डिवाइस से जोड़ सकते हैं।

💁 यदि आप Raspberry Pi का उपयोग Grove Base hat के साथ IoT हार्डवेयर के रूप में कर रहे हैं, तो आप बोर्ड पर एक UART सॉकेट देख सकते हैं जिसका उपयोग UART प्रोटोकॉल का उपयोग करने वाले सेंसर के साथ संचार करने के लिए किया जा सकता है।

Serial Peripheral Interface (SPI)

SPI को छोटे दूरी पर संचार के लिए डिज़ाइन किया गया है, जैसे कि माइक्रोकंट्रोलर पर फ्लैश मेमोरी जैसे स्टोरेज डिवाइस से बात करने के लिए। यह एक controller/peripheral मॉडल पर आधारित है, जिसमें एक सिंगल कंट्रोलर (आमतौर पर IoT डिवाइस का प्रोसेसर) कई peripherals के साथ इंटरैक्ट करता है। कंट्रोलर सब कुछ नियंत्रित करता है, एक peripheral का चयन करता है और डेटा भेजता या अनुरोध करता है।

💁 I²C की तरह, controller और peripheral शब्द हाल ही में बदले गए हैं, इसलिए आप पुराने शब्दों को अभी भी देख सकते हैं।

SPI कंट्रोलर 3 तारों का उपयोग करता है, साथ ही प्रत्येक peripheral के लिए 1 अतिरिक्त तार। Peripherals 4 तारों का उपयोग करते हैं। ये तार हैं:

तार	नाम	विवरण
COPI	Controller Output, Peripheral Input	यह तार कंट्रोलर से peripheral तक डेटा भेजने के लिए है।
CIPO	Controller Input, Peripheral Output	यह तार peripheral से कंट्रोलर तक डेटा भेजने के लिए है।
SCLK	Serial Clock	यह तार कंट्रोलर द्वारा सेट की गई दर पर एक clock signal भेजता है।
CS	Chip Select	कंट्रोलर के पास कई तार होते हैं, प्रत्येक peripheral के लिए एक, और प्रत्येक तार संबंधित peripheral के CS तार से जुड़ा होता है।

CS तार का उपयोग एक समय में एक peripheral को सक्रिय करने के लिए किया जाता है, COPI और CIPO तारों पर संचार करते हुए। जब कंट्रोलर को peripheral बदलने की आवश्यकता होती है, तो वह वर्तमान में सक्रिय peripheral से जुड़े CS तार को निष्क्रिय करता है, फिर उस तार को सक्रिय करता है जो अगले peripheral से जुड़ा होता है जिससे वह संचार करना चाहता है।

SPI full-duplex है, जिसका मतलब है कि कंट्रोलर एक ही समय में एक ही peripheral से डेटा भेज और प्राप्त कर सकता है, COPI और CIPO तारों का उपयोग करते हुए। SPI SCLK तार पर एक clock signal का उपयोग करता है ताकि डिवाइसों को सिंक में रखा जा सके, इसलिए UART पर सीधे भेजने की तरह इसे स्टार्ट और स्टॉप बिट्स की आवश्यकता नहीं होती।

SPI के लिए कोई परिभाषित गति सीमा नहीं है, और कार्यान्वयन अक्सर प्रति सेकंड कई मेगाबाइट्स डेटा भेजने में सक्षम होते हैं।

IoT डेवलपर किट्स अक्सर GPIO पिन्स पर SPI का समर्थन करते हैं। उदाहरण के लिए, Raspberry Pi पर आप GPIO पिन्स 19, 21, 23, 24 और 26 का उपयोग SPI के लिए कर सकते हैं।

Wireless

कुछ सेंसर मानक वायरलेस प्रोटोकॉल जैसे Bluetooth (मुख्य रूप से Bluetooth Low Energy, या BLE), LoRaWAN (एक Long Range low power नेटवर्किंग प्रोटोकॉल), या WiFi के माध्यम से संचार कर सकते हैं। ये दूरस्थ सेंसरों को IoT डिवाइस से भौतिक रूप से जुड़े बिना काम करने की अनुमति देते हैं।

एक उदाहरण वाणिज्यिक मिट्टी की नमी सेंसरों में है। ये खेत में मिट्टी की नमी को मापते हैं, फिर डेटा को LoRaWAN के माध्यम से एक हब डिवाइस पर भेजते हैं, जो डेटा को संसाधित करता है या इसे इंटरनेट पर भेजता है। यह सेंसर को उस IoT डिवाइस से दूर रहने की अनुमति देता है जो डेटा का प्रबंधन करता है, जिससे बिजली की खपत कम होती है और बड़े WiFi नेटवर्क या लंबे केबल्स की आवश्यकता समाप्त होती है।

BLE उन्नत सेंसरों के लिए लोकप्रिय है, जैसे फिटनेस ट्रैकर्स जो कलाई पर काम करते हैं। ये कई सेंसरों को जोड़ते हैं और सेंसर डेटा को आपके फोन के रूप में IoT डिवाइस पर BLE के माध्यम से भेजते हैं।

✅ क्या आपके पास कोई ब्लूटूथ सेंसर है, आपके घर में या आपके स्कूल में? इनमें तापमान सेंसर, उपस्थिति सेंसर, डिवाइस ट्रैकर्स और फिटनेस डिवाइस शामिल हो सकते हैं।

वाणिज्यिक डिवाइसों के कनेक्ट होने का एक लोकप्रिय तरीका Zigbee है। Zigbee WiFi का उपयोग करके डिवाइसों के बीच mesh नेटवर्क बनाता है, जहां प्रत्येक डिवाइस जितने संभव हो उतने पास के डिवाइसों से जुड़ता है, एक मकड़ी के जाल की तरह बड़ी संख्या में कनेक्शन बनाता है। जब एक डिवाइस इंटरनेट पर संदेश भेजना चाहता है, तो वह इसे निकटतम डिवाइसों को भेज सकता है, जो इसे अन्य पास के डिवाइसों को आगे बढ़ाते हैं और इसी तरह, जब तक यह एक समन्वयक तक नहीं पहुंचता और इंटरनेट पर भेजा जा सकता है।

🐝 Zigbee नाम मधुमक्खियों के छत्ते में लौटने के बाद उनके waggle dance को संदर्भित करता है।

मिट्टी में नमी स्तर मापें

आप मिट्टी में नमी स्तर को मापने के लिए मिट्टी की नमी सेंसर, एक IoT डिवाइस, और एक हाउस प्लांट या पास के मिट्टी के पैच का उपयोग कर सकते हैं।

कार्य - मिट्टी की नमी मापें

अपने IoT डिवाइस का उपयोग करके मिट्टी की नमी मापने के लिए संबंधित गाइड का पालन करें:

सेंसर कैलिब्रेशन

सेंसर विद्युत गुणों जैसे प्रतिरोध या धारिता को मापने पर निर्भर करते हैं।

🎓 प्रतिरोध, जिसे ओम्स (Ω) में मापा जाता है, यह दर्शाता है कि विद्युत प्रवाह को किसी चीज़ के माध्यम से यात्रा करने में कितनी बाधा है। जब किसी सामग्री पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो उसके माध्यम से गुजरने वाली धारा की मात्रा उस सामग्री के प्रतिरोध पर निर्भर करती है। आप विकिपीडिया पर विद्युत प्रतिरोध पृष्ठ पर अधिक पढ़ सकते हैं।

🎓 धारिता, जिसे फैराड्स (F) में मापा जाता है, यह दर्शाती है कि कोई घटक या सर्किट विद्युत ऊर्जा को इकट्ठा और संग्रहीत करने में कितना सक्षम है। आप विकिपीडिया पर धारिता पृष्ठ पर धारिता के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

ये माप हमेशा उपयोगी नहीं होते - कल्पना करें कि एक तापमान सेंसर आपको 22.5KΩ का माप देता है! इसके बजाय मापे गए मान को उपयोगी इकाई में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है, जिसे कैलिब्रेट किया जाता है - यानी मापे गए मानों को मापी गई मात्रा से मिलाना ताकि नए मापों को सही इकाई में परिवर्तित किया जा सके।

कुछ सेंसर पहले से कैलिब्रेटेड आते हैं। उदाहरण के लिए, आपने पिछले पाठ में जो तापमान सेंसर उपयोग किया था, वह पहले से कैलिब्रेटेड था ताकि वह °C में तापमान माप वापस कर सके। फैक्ट्री में पहला सेंसर बनाया गया था, जिसे ज्ञात तापमानों की एक श्रृंखला के संपर्क में लाया गया और प्रतिरोध मापा गया। इसका उपयोग एक गणना बनाने के लिए किया गया जो Ω (प्रतिरोध की इकाई) में मापे गए मान को °C में परिवर्तित कर सकता है।

💁 तापमान से प्रतिरोध की गणना करने का सूत्र Steinhart–Hart equation कहलाता है।

मिट्टी की नमी सेंसर कैलिब्रेशन

मिट्टी की नमी को ग्रेविमेट्रिक या वॉल्यूमेट्रिक जल सामग्री का उपयोग करके मापा जाता है।

ग्रेविमेट्रिक मिट्टी के एक यूनिट वजन में पानी के वजन को मापता है, जैसे कि सूखी मिट्टी के प्रति किलोग्राम में पानी के किलोग्राम की संख्या।
वॉल्यूमेट्रिक मिट्टी के एक यूनिट वॉल्यूम में पानी के वॉल्यूम को मापता है, जैसे कि सूखी मिट्टी के प्रति घन मीटर में पानी के घन मीटर की संख्या।

🇺🇸 अमेरिकियों के लिए, इकाइयों की स्थिरता के कारण, इन्हें किलोग्राम के बजाय पाउंड या घन मीटर के बजाय घन फीट में मापा जा सकता है।

मिट्टी की नमी सेंसर विद्युत प्रतिरोध या धारिता को मापते हैं - यह न केवल मिट्टी की नमी के अनुसार बदलता है, बल्कि मिट्टी के प्रकार के अनुसार भी, क्योंकि मिट्टी में घटक इसके विद्युत गुणों को बदल सकते हैं। आदर्श रूप से सेंसरों को कैलिब्रेट किया जाना चाहिए - यानी सेंसर से रीडिंग लेना और उन्हें अधिक वैज्ञानिक दृष्टिकोण का उपयोग करके प्राप्त मापों से तुलना करना। उदाहरण के लिए, एक लैब मिट्टी की ग्रेविमेट्रिक नमी की गणना कर सकती है, जो एक विशिष्ट खेत के नमूनों का उपयोग करके साल में कुछ बार ली जाती है, और इन संख्याओं का उपयोग सेंसर को कैलिब्रेट करने के लिए किया जाता है, सेंसर रीडिंग को ग्रेविमेट्रिक मिट्टी की नमी से मिलाना।

ऊपर दिया गया ग्राफ सेंसर को कैलिब्रेट करने का तरीका दिखाता है। वोल्टेज को मिट्टी के नमूने के लिए कैप्चर किया जाता है, जिसे फिर लैब में मापा जाता है, गीले वजन की तुलना सूखे वजन से करके (गीले वजन को मापकर, फिर ओवन में सुखाकर और सूखे वजन को मापकर)। एक बार कुछ रीडिंग्स ली जाती हैं, तो इन्हें ग्राफ पर प्लॉट किया जा सकता है और बिंदुओं पर एक रेखा फिट की जा सकती है। इस रेखा का उपयोग मिट्टी की नमी सेंसर रीडिंग्स को IoT डिवाइस द्वारा लिए गए वास्तविक मिट्टी की नमी मापों में बदलने के लिए किया जा सकता है।

💁 प्रतिरोधी मिट्टी की नमी सेंसरों के लिए, वोल्टेज मिट्टी की नमी बढ़ने के साथ बढ़ता है। धारिता मिट्टी की नमी सेंसरों के लिए, वोल्टेज मिट्टी की नमी बढ़ने के साथ घटता है, इसलिए इनका ग्राफ नीचे की ओर ढलान करेगा, ऊपर की ओर नहीं।

ऊपर दिया गया ग्राफ मिट्टी की नमी सेंसर से एक वोल्टेज रीडिंग दिखाता है, और ग्राफ पर उस रेखा तक उसका अनुसरण करके, वास्तविक मिट्टी की नमी की गणना की जा सकती है।

इस दृष्टिकोण का मतलब है कि किसान को केवल एक खेत के लिए कुछ लैब माप प्राप्त करने की आवश्यकता होती है, फिर वे IoT डिवाइसों का उपयोग करके मिट्टी की नमी माप सकते हैं - माप लेने के समय को काफी तेज़ी से बढ़ाते हुए।

🚀 चुनौती

प्रतिरोधी और धारिता मिट्टी की नमी सेंसरों में कई अंतर होते हैं। ये अंतर क्या हैं, और किसान के लिए कौन सा प्रकार (यदि कोई हो) सबसे अच्छा है? क्या यह उत्तर विकसित और विकासशील देशों के बीच बदलता है?

पोस्ट-लेक्चर क्विज़

समीक्षा और स्व-अध्ययन

सेंसर और एक्ट्यूएटर्स द्वारा उपयोग किए जाने वाले हार्डवेयर और प्रोटोकॉल के बारे में पढ़ें:

असाइनमेंट

अपने सेंसर को कैलिब्रेट करें

अस्वीकरण:
यह दस्तावेज़ AI अनुवाद सेवा Co-op Translator का उपयोग करके अनुवादित किया गया है। जबकि हम सटीकता सुनिश्चित करने का प्रयास करते हैं, कृपया ध्यान दें कि स्वचालित अनुवाद में त्रुटियां या अशुद्धियां हो सकती हैं। मूल भाषा में उपलब्ध मूल दस्तावेज़ को आधिकारिक स्रोत माना जाना चाहिए। महत्वपूर्ण जानकारी के लिए, पेशेवर मानव अनुवाद की सिफारिश की जाती है। इस अनुवाद के उपयोग से उत्पन्न किसी भी गलतफहमी या गलत व्याख्या के लिए हम उत्तरदायी नहीं हैं।

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