مقدمه

مطمئنا این روزها خبرهای زیادی در مورد اینترنت اشیا شنیده اید.مبحثی مه این روزها توانسته است علاقمندان به الکترونیک و کامپیوتر و شبکه را مجذوب خود کند.حال میخواهیم کمی بیشتر با این تکنولوژی آشنا شویم.

عبارت "اینترنت اشیا" یا به اختصار “IOT” (internet of things) ، نخستین بار در 1999 میلادی توسط کوین اشتون بریتانیایی معرفی شد.اشتون این مفهوم را در قالب دنیایی که در آن هر چیزی دارای هویت دیجیتال باشد و کامپیوتر آنها را کنترل و مدیریت کنند مطرح نمود.

 

 

 

 

 

 

با بکارگیری اینترنت اشیا میتوان حجم عظیمی از سنسورها را با بهره گیری از ارتباط بدون سیم wireless به یکدیگر و نیز به کنترلر مرکزی متصل نمود.بنا به گفته محققین ، انقلاب بعدی تکنولوژی ، همانا اینترنت اشیا خواهد بود.

 

 

مزیت

• صرفه جویی در مصرف انرژی
• صرفه جویی در زمان و هزینه
• کاهش خطای انسانی به حداقل ممکن
• افزیش سرعت عمل و بهره وری سیستم

 

 

کاربرد

اینترنت اشیا را میتوان در هر زمینه ای اعم از : خانه های هوشمند ، مزرعه هوشمند ، گلخانه هوشمند ، واحدهای صنعتی هوشمند ، سیستم حمل و نقل ، ترافیک و... بکار برد که به دو مورد از این موارد اشاره میکنیم.

1. خانه های هوشمند

 تصور کنید:

تایم موبایل خود را برای ساعت 07:00 صبح ست میکنید.ساعت 7 صبح آلارم گوشی به صدا در آمده ، پرده پنجره اتاق به صورت اتومات کنار رفته و موسیقی از اسپیکر های منصوب پخش می­شود.ساعت 07:10 قهوه شما جوشیده و نان تست شما به صورت کاملا هوشمند و بدون دخالت دست انسان آماده است تا شما روز خود را آغاز کنید.بعد از اینکه منزل را ترک می­کنید ، پکیج گرمایی شما خانه را به دمای 19 درحه کاهش می­دهد و خانه را در حالت sleep mood  قرار میدهد و این یعنی صرفه جویی در انرژی و هزینه.حال شما قادر هستید توسط سنسورهای حریق ، نشت گاز و دود ، سنسور تشخیص حرکت خانه خود را به صورت آنلاین مانیتورینگ کنید ، بدون هیچ گونه نگرانی.حال قصد ورود به پارکینگ خود را دارید ، دیگر نیازی نیست کلید یا حتی ریموتی برای بازکردن درب استفاده کنین ، سیستم کنترلر مرکزی از طریق بهره گیری از تکنولوژی پردازش تصویر ، با مشاهده پلاک خودروی شما عمل باز کردن درب پارکینگ را برای شما به انجام می­رساند.حال شما خانه ای در اختیار دارید که برای کنترل تمامی تجهیزات آن صرفا با گوشی هوشمند خود عمل ارسال فرمان را انجام می­دهید.

 

2. کارخانه هوشمند

تصور کنید:

کارکنان در بدو ورود به کارخانه با کارت هویتی خود وارد کارخانه می­شوند تا ساعت ورود آنها در سیستم مرکزی ثبت شود و دیگر نیازی به نوشتن اسم و زمان حضور در محل کار و مجددا قبت آنها توسط اپراتور در سیستم نیست و این یعنی صرفه جویی در زمان و نیروی کار.

تمامی کارکنان مجهز به مچبند هوشمند هستند که تمامی علائم حیاتی آنها دائم توسط سیستم مانیتورینگ می­شود و در صورت بروز مشکل جانی و حیاتی ، توسط قطعه اعلام موقعیت ، به راحتی و بدون به خطر افتادن جان کارکنان ، فرد آسیب دیده از خطر مرگ نجات می­یابد.

محصول تولید شده توسط سنسورهای شمارشگر متصل به سیستم مرکزی آمارگیری می­شوند و نیازی به شمارش توسط انسان نیست و بالطبع خطایی به عنوان "خطای انسانی" بروز نخواهد داد.

دستگاهی در پارت تابلو برق دچار نقص فنی شده است که المانی معیوب گشته و نیاز به عیب یابی و تعویض دارد.دیگر نیازی نیست تکنسین برق صنعتی تمام وقت خود را صرف عیب یابی قطعه با یک مولتی متر با حجم وسیعی از سیم ها و کابلهای تو در تو نیست.اپراتور سیستم مرکزی از طریق پالسهای دریافتی از بردهای منصوب در تابلوبرقهای تجهیزات ، در عرض چند ثانیه قطعه معیوب را شناسایی کرده و به تکنسین برق صنعتی اعلام می­دارد و این یعنی ممانعت از توقف خط تولید و خسارت پیامدی آن.

 

تا اینجای مطلب ، به پربازدهی و جذابیت IOT پی بردیم.حال میخواهیم مطلب را کمی تخصصی تر پیش ببریم.

 

روش ها و قطعات و پروتکل های زیادی جهت برقراری ارتباط بین قطعات الکترونیکی از جمله حسگرها و کارتخوان های RFID و ... وجود دارد که از جمله­ی آنها می­توان به BlueTooth ، WiFi ، 3G، 4G،  5Gاشاره کرد که ما وای­­فای را مورد بررسی قرار میدهیم.

محبوب ترین قطعات موحود در این زمینه ماژول های esp8266و esp32 هست که مورد بررسی قرار میدهیم.

 

ESP32

ماژول esp32 ، نسخه­ی پیشرفته­ی ESP8266 می­باشد.برنامه نویسی این ماژول میتواند از طریق برنامه­ی برد معروف آردوبنو توسط افزودن کتابخانه های ماژول صورت پذیرد.

ماژول esp32 یک ماژول قدرتمند می­باشد که در رنج بسیار وسیع از قبیل پخش موسیقی ، PWM ، راه اندازی سنسور ها و ماژول ها در بستر WiFi  و IOT قابل استفاده می­باشد.هسته این ماژول تراشه ESP32-DOWDQ6 بکار گرفته شده است.این ماژول دارای دو هسته پردازشی است که می­توانند به صورت جداگانه کنترل شوند و فرکانس کاری آنها از 80 مگاهرتز تا 240 مگاهرتز قابل تنظیم است. ماژول esp32 یک مجموعه کامل از امکانات و رابط های سخت افزاری از قبیل سنسوری ها ، کلید های لمسی ، رابط کارت SD ، ethernet  ، SPI با سرعت بالا ، I2s ، UART و I2C می­باشد.

 

مفاهیم شبکه

ماژول esp32 توانایی کارکرد در سه مود web server , client و هر دو را داراست.حال میخواهیم این مفاهیم را اندکی بررسی کنیم.

 

عموماً کلاینت (Client)، به کامپیوتری می‌گویند که تقاضایی را از یک سرور دارد. کلاینت در لغتنامه، به معنای مشتری است و مشتری کسی می‌باشد که تقاضای خدماتی را از سوی فروشنده‌ای دارد. یک سرور می تواند در آن واحد، به چندین کلاینت (یا بازدید کننده) خدمات بدهد.

بسیاری از وب‌مسترها، در پنل مدیریتی خود، می‌توانند با حذف دسترسی IP فرد مهاجم، به این اقدام پاسخ دهند. در بسیاری از حالات نیز، تشخیص اینکه آیا کلاینت، فرد مهاجم است یا خیر، توسط نرم افزارهایی که در سرور نصب شده‌اند بطور خودکار صورت می‌گیرد.

واژه Client Server دارای معانی به مراتب بیشتری نسبت به جداسازی یک کامپیوتر سرویس گیرنده و سرویس دهنده از یکدیگر است. واژه فوق علاوه بر سخت افزار و شبكه به سرعت در دنیای نرم افزار نیز مطرح و دارای جایگاه ویژه ای در این زمینه شده است. بنابراين مي توانيم بگويم یک روتین ( سرویس ) می تواند ارائه دهنده خدمات خاصی به سایر سرویس ها باشد. در چنین وضعیتی سرویس ارائه دهنده خدمات را Server و سرویس استفاده کننده از یک خدمات را Client می نامند.

حال ما باید متناسب با نیاز خود باید ماژول را ست کنیم.

مثالی را با هم بررسی میکنیم.

می­خواهیم دیتای سنسور DHT22 را توسط ماژول ESP32 پردازش کرده ، دما را از طریق WiFi به ماژول ESP32 دیگری ارسال کرده و آن ماژول دیتای دریافتی را توسط ال­سی­دی کاراکتری به نمایش بگذارد.مسئله این است ، کدان یک از ماژول ها به عنوان سرور و کدام یک کلاینت ست شود؟

کلاینت گیرنده خدمات است و وب سرور وظیفه­ی ارائه خدمات را بر عهده دارد.پس ماژول وا­ی­فای متصل به سنسور به عنوان سرور و ماژول ESP32 متصل به ال­سی­دی کاراکتر باید به عنوان کلاینت برنامه نویسی شوند.

در بحث شبکه دو نوع آی­پی داریم : Static And Public

Public IP Address  : در شبکه جهانی اینترنت ، آدرس آی­پی دستگاه متصل شده به شبکه جهانی است که در هر بار اتصال به اینترنت تغییر میکند و متغیر است.

Static IP Address : به صورت Local  و محلی است که ثابت است و برنامه نویس ، این آی پی را به ماژول ست می­کند.این نوع آی­پی ، Private IP Address نیز خوانده می­شود.

IP  وب سرور همیشه ثابت است ولی IP کلاینت در هر دفعه اتصال تغییر می­کند.

آدرس GateWay ، آدرس مودم (روتر) است که ما تعیین میکنیم که توسط کدام روتر انجام دهیم.

میخواهیم اطلاعات پردازش شده سنسور در ماژول را به یک سرور ارسال کنیم تا بتوانیم اطلاعات را به صورت آنلاین از هر جای جهان مانیتورینگ کنیم.برای این کار سرورهای رایگانی موجود هستند که از جمله­ی آنها میتوان به سرور Adafruit اشاره کرد که می­توان با برقرای ارتباط با IFTTT و Google Asistant ، کنترل چندین رله را با دستیار صوتی گوگل انجام داد.