34 KiB
مقدمة لإنترنت الأشياء
خريطة من Nitya Narasimhanاضغط على الصورة لتكبيرها
اختبار ما قبل المحاضرة
المقدمة
ما هو "انترنت الأشياء"؟
المستشعرات تجمع المعلومات من العالم ، مثل قياس السرعة أو درجة الحرارة أو الموقع.المشغلات تحول الإشارات الكهربائية إلى تفاعلات في العالم الحقيقي مثل تشغيل مفتاح أو تشغيل الأضواء أو إصدار أصوات أو إرسال إشارات تحكم إلى أجهزة أخرى ، على سبيل المثال لتشغيل مقبس طاقة.
الأجهزة المتعلقة بانترنت الأشياء
عادةً ما تكون الأجهزة المخصصة للإنتاج أو الاستخدام التجاري ، مثل أجهزة تتبع اللياقة البدنية للمستهلكين أو أجهزة التحكم في الآلات الصناعية ، مصنوعة خصيصًا. يستخدمون لوحات دوائر مخصصة ، وربما حتى معالجات مخصصة ، مصممة لتلبية احتياجات مهمة معينة ، سواء كانت صغيرة بما يكفي لتناسب معصمك ، أو متينة بما يكفي للعمل في درجات حرارة عالية ، أو ضغط مرتفع ، أو بيئة مصنع عالية الاهتزاز.
بصفتك مطورًا إما يتعلم عن إنترنت الأشياء أو يصنع نموذجًا أوليًا للجهاز ، فستحتاج إلى البدء بمجموعة أدوات التطوير. هذه أجهزة إنترنت الأشياء للأغراض العامة مصممة للمطورين لاستخدامها ، غالبًا مع ميزات لن تراها على جهاز إنتاج ، مثل مجموعة من المسامير الخارجية لتوصيل المستشعرات أو المشغلات بها ، أو الأجهزة لدعم التصحيح ، أو الموارد الإضافية التي سيضيف تكلفة غير ضرورية عند إجراء عملية تصنيع كبيرة.
تنقسم مجموعات المطورين هذه عادةً إلى فئتين - المتحكمات الدقيقة وأجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة. سيتم تقديم هذه هنا ، وسنتناول المزيد من التفاصيل في الدرس التالي.
💁يمكن أيضًا اعتبار هاتفك جهاز إنترنت الأشياء للأغراض العامة ، مع أجهزة استشعار ومحركات مدمجة ، مع تطبيقات مختلفة تستخدم المستشعرات والمشغلات بطرق مختلفة مع خدمات سحابية مختلفة. يمكنك أيضًا العثور على بعض البرامج التعليمية لإنترنت الأشياء التي تستخدم تطبيق الهاتف كجهاز إنترنت الأشياء.
المتحكم الدقيق
🧠 واحدة أو أكثر من وحدات المعالجة المركزية (CPUs) - "عقل" المتحكم الدقيق الذي يدير برنامجك
💾 الذاكرة (ذاكرة الوصول العشوائي وذاكرة البرنامج) - حيث يتم تخزين البرنامج والبيانات والمتغيرات الخاصة بك
🔌 اتصالات الإدخال / الإخراج القابلة للبرمجة (I / O) - للتحدث إلى الأجهزة الطرفية الخارجية (الأجهزة المتصلة) مثل المستشعرات والمشغلات
عادةً ما تكون وحدات التحكم الدقيقة أجهزة حوسبة منخفضة التكلفة ، حيث ينخفض متوسط أسعار الأجهزة المستخدمة في الأجهزة المخصصة إلى حوالي 0.50 دولار أمريكي ، وبعض الأجهزة رخيصة مثل 0.03 دولار أمريكي. يمكن أن تبدأ مجموعات المطورين بسعر منخفض يصل إلى 4 دولارات أمريكية ، مع ارتفاع التكاليف كلما أضفت المزيد من الميزات. محطة Wio, مجموعة مطور متحكم من Seeed studios تحتوي على أجهزة استشعار ومحركات واي فاي وشاشة تكلف حوالي 30 دولارًا أمريكيًا.
💁 عند البحث في الإنترنت عن المتحكمات الدقيقة ، احذر من البحث عن المصطلح MCU لأن هذا سيعيد لك الكثير من النتائج ل Marvel السينمائي ، وليس للمتحكمات الدقيقة.
عادة ما تأتي مجموعات مطوري وحدات التحكم الدقيقة بأجهزة استشعار ومشغلات إضافية على متنها. تحتوي معظم اللوحات على واحد أو أكثر من مصابيح LED التي يمكنك برمجتها ، بالاضافة الى الأجهزة الأخرى مثل المقابس القياسية لإضافة المزيد من أجهزة الاستشعار أو المشغلات باستخدام أنظمة بيئية مختلفة للمصنعين ، أو أجهزة استشعار مدمجة (عادةً ما تكون الأكثر شيوعًا مثل مستشعرات درجة الحرارة). تحتوي بعض وحدات التحكم الدقيقة على اتصال لاسلكي مدمج مثل Bluetooth أو WiFi ، أو تحتوي على وحدات تحكم دقيقة إضافية على اللوحة لإضافة هذا الاتصال.
💁 عادة ما يتم برمجة المتحكمات الدقيقة في C / C ++.
أجهزة كمبيوتر أحادية اللوحة
Raspberry Pi 4. Michael Henzler / Wikimedia Commons / CC BY-SA 4.0
مثل وحدة التحكم الدقيقة ، تحتوي أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة على وحدة معالجة مركزية وذاكرة ودبابيس إدخال / إخراج ، ولكنها تحتوي على ميزات إضافية مثل شريحة رسومات للسماح لك بتوصيل الشاشات ومخرجات الصوت ومنافذ USB مثل كاميرات الويب أو وحدات التخزين الخارجية. يتم تخزين البرامج على بطاقات SD أو محركات أقراص ثابتة بالاضافة الى نظام التشغيل ، بدلاً من شريحة ذاكرة مدمجة في اللوحة.
🎓 يمكنك التفكير في الكمبيوتر أحادي اللوحة كإصدار أصغر وأرخص من الكمبيوتر الشخصي أو جهاز Mac الذي تقرأ عليه ، مع إضافة دبابيس GPIO (إدخال / إخراج للأغراض العامة) للتفاعل مع المستشعرات والمحركات.
اختيارات الأجهزة لبقية الدروس
يمكنك أن تقرأ عن الأجهزة اللازمة لإكمال جميع المهام في ملف hardware guide
💁 لا تحتاج إلى شراء أي جهاز إنترنت الأشياء لإكمال المهام ، يمكنك القيام بكل شيء باستخدام جهاز كمبيوتر افتراضي أحادي اللوحة.
مجموعة مطوري Arduino
مجموعة مطوري الكمبيوتر أحادية اللوحة
ستحتاج إلى فهم أساسي لبرمجة Python ، حيث ستعلم الدروس فقط التعليمات البرمجية ذات الصلة بالمستشعرات والمشغلات المستخدمة والمكتبات التي تتفاعل مع السحابة.
💁 إذا كنت تريد تعلم البرمجة في Python ، فراجع سلسلتي الفيديو التاليين:
إذا كنت تستخدم Raspberry Pi ، فيمكنك إما تشغيل Pi الخاص بك باستخدام إصدار سطح المكتب الكامل من Raspberry Pi OS ، والقيام بكل الترميز مباشرة على Pi باستخدام the Raspberry Pi OS version of VS Code ، أو قم بتشغيل Pi من جهاز الكمبيوتر أو جهاز Mac باستخدام VS Code مع Remote SSH extension التي يتيح لك الاتصال بـ Pi الخاص بك وتحرير التعليمات البرمجية وتصحيحها وتشغيلها كما لو كنت تقوم بالتشفير عليها مباشرةً.
إذا كنت تستخدم خيار الجهاز الظاهري ، فستقوم بالتشفير مباشرة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. بدلاً من الوصول إلى المستشعرات والمشغلات ، ستستخدم أداة لمحاكاة هذا الجهاز لتوفير قيم أجهزة الاستشعار التي يمكنك تحديدها ، وإظهار نتائج المشغلات على الشاشة.
قم بإعداد جهازك
💁 إذا لم يكن لديك جهاز بعد ، فارجع إلىhardware guide للمساعدة في تحديد الجهاز الذي ستستخدمه والأجهزة الإضافية التي تحتاج إلى شرائها. لا تحتاج إلى شراء أجهزة ، حيث يمكن تشغيل جميع المشاريع على أجهزة افتراضية.
اعمل من خلال الدليل ذي الصلة لإعداد جهازك وإكمال مشروع "Hello World". ستكون هذه هي الخطوة الأولى في إنشاء ضوء ليلي لإنترنت الأشياء على الدروس الأربعة .
تطبيقات إنترنت الأشياء
- انترنت الاشياء المستهلك
- إنترنت الأشياء التجاري
- إنترنت الأشياء الصناعي
- انترنت الاشياء البنية التحتية
انترنت الاشياء المستهلك
تعمل أجهزة إنترنت الأشياء للمستهلكين على تمكين الأشخاص من تحقيق المزيد في محيطهم ، وخاصة المليار شخص من ذوي الإعاقة. يمكن للمكانس الكهربائية الروبوتية توفير أرضيات نظيفة للأشخاص الذين يعانون من مشاكل في الحركة والذين لا يستطيعون تنظيف أنفسهم ، وتسمح الأفران التي يتم التحكم فيها بالصوت للأشخاص ذوي الرؤية المحدودة أو التحكم في المحرك بتسخين أفرانهم بصوتهم فقط ، ويمكن أن تسمح أجهزة المراقبة الصحية للمرضى بمراقبة الحالات المزمنة بأنفسهم بمزيد من الانتظام والمزيد من التحديثات التفصيلية عن ظروفهم. أصبحت هذه الأجهزة منتشرة في كل مكان حتى أن الأطفال الصغار يستخدمونها كجزء من حياتهم اليومية ، على سبيل المثال الطلاب الذين يقومون بالتعليم الافتراضي أثناء جائحة COVID يضبطون أجهزة ضبط الوقت على الأجهزة المنزلية الذكية لتتبع أعمالهم المدرسية أو أجهزة الإنذار لتذكيرهم باجتماعات الفصل القادمة.
انترنت الأشياء التجاري
انترنت الأشياء الصناعي
تستخدم المصانع أجهزة إنترنت الأشياء بعدة طرق مختلفة. يمكن مراقبة الماكينات بأجهزة استشعار متعددة لتتبع أشياء مثل درجة الحرارة والاهتزاز وسرعة الدوران. يمكن بعد ذلك مراقبة هذه البيانات للسماح للجهاز بالتوقف إذا خرج عن تفاوتات معينة - يعمل على درجة حرارة عالية جدًا ويتم إيقاف تشغيله على سبيل المثال. يمكن أيضًا جمع هذه البيانات وتحليلها بمرور الوقت لإجراء الصيانة التنبؤية ، حيث ستنظر نماذج الذكاء الاصطناعي في البيانات المؤدية إلى الفشل ، وتستخدم ذلك للتنبؤ بحالات الفشل الأخرى قبل حدوثها.
تعتبر الزراعة الرقمية مهمة إذا كان كوكب الأرض يريد إطعام العدد المتزايد من السكان ، خاصة بالنسبة لملياري شخص في 500 مليون أسرة تعيش على زراعة الكفاف يمكن أن تتراوح الزراعة الرقمية من عدد قليل من أجهزة الاستشعار بالدولار الواحد ، إلى الأجهزة التجارية الضخمة. يمكن للمزارع أن يبدأ بمراقبة درجات الحرارة واستخدام أيام الدرجات المتزايدة للتنبؤ بموعد جاهزية المحصول للحصاد. يمكنهم ربط مراقبة رطوبة التربة بأنظمة الري الآلية لمنح نباتاتهم القدر المطلوب من المياه ، ولكن ليس أكثر لضمان عدم جفاف محاصيلهم دون إهدار المياه. بل إن المزارعين يأخذون الأمر إلى أبعد من ذلك ويستخدمون الطائرات بدون طيار وبيانات الأقمار الصناعية والذكاء الاصطناعي لمراقبة نمو المحاصيل والأمراض وجودة التربة في مساحات شاسعة من الأراضي الزراعية
انترنت الاشياء البنية التحتية
أمثلة على أجهزة إنترنت الأشياء التي قد تكون موجودة حولك
ستندهش من عدد أجهزة إنترنت الأشياء الموجودة حولك. أكتب هذا من المنزل و لدي الأجهزة التالية متصلة بالإنترنت بميزات ذكية مثل التحكم في التطبيق أو التحكم الصوتي أو القدرة على إرسال البيانات إلي عبر هاتفي:
- مكبرات صوت ذكية متعددة
- ثلاجة وغسالة صحون وفرن وميكروويف
- مرقاب كهرباء الألواح الشمسية
- المقابس الذكية
- جرس باب بالفيديو وكاميرات مراقبة
- ترموستات ذكي مع عدة مستشعرات ذكية للغرفة
- فتحت باب المرآب
- أنظمة الترفيه المنزلي وأجهزة التلفزيون ذات التحكم الصوتي
- أضواء
- أجهزة تتبع اللياقة البدنية والصحة
كل هذه الأنواع من الأجهزة لها مستشعرات و / أو مشغلات وتتحدث إلى الإنترنت. يمكنني معرفة ما إذا كان باب الكاراج الخاص بي مفتوحًا من هاتفي ، وأطلب من السماعة الذكية إغلاقها من أجلي. يمكنني حتى ضبطه على مؤقت ، لذلك إذا كان لا يزال مفتوحًا في الليل ، فسيتم إغلاقه تلقائيًا. عندما يرن جرس الباب ، يمكنني أن أرى من هاتفي من يوجد أينما كنت في العالم ، وأتحدث إليهم عبر مكبر صوت وميكروفون مدمجين في جرس الباب. يمكنني مراقبة الجلوكوز في الدم ومعدل ضربات القلب وأنماط النوم ، والبحث عن أنماط في البيانات لتحسين صحتي. يمكنني التحكم في الأضواء الخاصة بي عبر السحابة ، والجلوس في الظلام عندما ينقطع الاتصال بالإنترنت.
تحدي
مسابقة ما بعد المحاضرة
المراجعة والدراسة الذاتية
بعض الأمثلة:
- قم بالاطلاع على حساب التويتر لأمثلة جيدة على انترنت الاشياء المستهلك Internet of Sh*t (profanity warning)
- c|net - My Apple Watch saved my life: 5 people share their stories
- c|net - ADT technician pleads guilty to spying on customer camera feeds for years (trigger warning - non-consensual voyeurism)