كجهاز كشف, أجهزة الاستشعار الذكية قادرة على استشعار المعلومات التي يجب اكتشافها ومن ثم تحويلها إلى إشارات كهربائية أو أشكال أخرى مطلوبة بقواعد معينة, وذلك لتلبية متطلبات نقل المعلومات, يعالج, تخزين, عرض, التسجيل والتحكم. يمكن اعتبار أجهزة الاستشعار الذكية لإنترنت الأشياء بمثابة امتداد لأعضاء الحواس الخمسة لدى البشر, وإعطائها اسمًا جديدًا "الحواس الخمس الكهربائية", وهو أمر حيوي جدًا لإنترنت الأشياء. سوف تتعلم بشكل أكثر شمولاً عن إنترنت الأشياء في المقالة التالية.
1. ما هي أجهزة الاستشعار الذكيةس
كونه جهازًا ماديًا أو عضوًا بيولوجيًا, المستشعر قادر على اكتشاف وجمع المعلومات حول البيئة المحيطة ونقلها إلى الأجهزة أو الأعضاء الأخرى. يتم وضعها بالقرب من المواقع أو الشبكات للاستخدام, يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار بأحجام مختلفة وفقًا للتطبيقات الفعلية. لا يمكن أن تكون مكونات منفصلة فقط, ولكن يمكن أيضًا دمجها في منتجات أخرى مثل المحركات, منظمات الحرارة الذكية, الهواتف الذكية الذكية أو الساعات الذكية. ستتم معالجة البيانات التي تم جمعها وتخزينها بعد إعادتها إلى الشبكة.
2. كيف تعمل أجهزة الاستشعار الذكية
مكونات نظام إنترنت الأشياء
تتكون جميع الأنظمة من مكونات فردية متعددة تعمل جميعها لتحقيق هدف مشترك. أيضًا, كونك جزءًا من النظام يضمن إنتاجية أعلى وتأثيرات أفضل. يتكون نظام إنترنت الأشياء بشكل أساسي من:
- أجهزة الاستشعار, استشعار الكميات الفيزيائية;
- متحكم مركزي ميداني, التحكم في جميع الإجراءات التي تقوم بها أجهزة الاستشعار والمكونات الأخرى;
- سحاب, تحليل ومعالجة البيانات الواردة;
- أجهزة الإرسال والاستقبال, إنشاء روابط بين أجهزة الاستشعار المختلفة, وحدات التحكم الدقيقة والخوادم السحابية المركزية عبر الإنترنت;
- صفحة المستخدم, التواصل مع المستخدمين وتنفيذ المهام التي يطلبها المستخدمون.
أجهزة الاستشعار الذكية: جسر إلى العالم الحقيقي
من الأمثلة الجيدة على نظام إنترنت الأشياء هو الهاتف الذكي, والتي تتضمن عادةً:
- نظام تحديد المواقع وحدة لتحديد الموقع;
- مستشعر درجة الحرارة للكشف عن درجة حرارة البيئة;
- ميكروفون لاستشعار أصوات المستخدمين;
- مستشعر القرب لاستشعار المسافة بين المستخدمين والهواتف وقفل الهواتف أثناء المكالمة.
يتم تطبيق أجهزة الاستشعار على برامج مختلفة في الهواتف. على سبيل المثال, يمكن لواجهة المستخدم الخاصة بـ Google Map التفاعل مع وحدة GPS وجمع إحداثيات الموقع, مساعدة المستخدمين على الوصول إلى وجهتهم من خلال معالجة البيانات عبر الإنترنت.
خدمات إدارة المباني, وهي نظام إدارة البطارية, مثال آخر لتطبيق أجهزة الاستشعار المختلفة في نظام إنترنت الأشياء. BMS هو نظام كهربائي يحمي البطارية ويديرها ويتحدث لفترة وجيزة, يمكن اعتباره الحارس الشخصي للبطارية.
تعتبر أجهزة الاستشعار بمثابة بوابات بين عالم الكمبيوتر والعالم الحقيقي. لذلك, فهو يحتاج إلى تحويل كل ما يراه في العالم الحقيقي إلى أشياء يمكن أن تفهمها أجهزة الكمبيوتر.
3. ما هي أنواع أجهزة الاستشعار الذكية لإنترنت الأشياء؟
1. يمكن تصنيف أجهزة الاستشعار إلى الأنواع التالية وفقًا لمبادئها: أجهزة استشعار الاهتزاز, أجهزة استشعار الرطوبة, أجهزة الاستشعار المغناطيسية, أجهزة استشعار الغاز, أجهزة استشعار الفراغ, وأجهزة الاستشعار البيولوجية.
2. يمكن تصنيف أجهزة الاستشعار إلى الأنواع التالية وفقًا لإشارات الإخراج الخاصة بها: أجهزة الاستشعار التناظرية, أجهزة الاستشعار الرقمية, أجهزة الاستشعار الرقمية الزائفة, وتبديل أجهزة الاستشعار.
3. يمكن تصنيف أجهزة الاستشعار إلى الأنواع التالية وفقًا لعملية التصنيع الخاصة بها: مستشعر متكامل, مستشعر الأغشية الرقيقة, مستشعر الفيلم السميك, ومستشعر السيراميك.
4. يمكن تصنيف أجهزة الاستشعار إلى الأنواع التالية وفقًا لغرض القياس: أجهزة الاستشعار المادية, أجهزة الاستشعار الكيميائية, وأجهزة الاستشعار البيولوجية.
5. تصنيف أجهزة الاستشعار اللاسلكية لإنترنت الأشياء:
- وحدة تحكم الستارة اللاسلكية
- باهتة لاسلكية
- مستشعر الحركة بالأشعة تحت الحمراء
- كاشف الغاز اللاسلكي القابل للاحتراق
- كاشف الدخان اللاسلكي
- مقبس المراقبة الحالي
- مستشعر درجة الحرارة اللاسلكي
- مستشعر حركة لاسلكي
- صفارات الإنذار في حالات الطوارئ
- مستشعر النافذة اللاسلكي
- مستشعر الضوء اللاسلكي
- مستشعر مغناطيسي للباب اللاسلكي
- وحدة تحكم التبديل اللاسلكية
- وحدة زيجبي RF
- وحدة الرطوبة النسبية للتردد والإخراج
- مستشعر الغاز اللاسلكي
- مكرر لاسلكي
4. ما هي التقنيات اللاسلكية المطبقة في أجهزة الاستشعار الذكية
يتم تطبيق التكنولوجيا اللاسلكية قصيرة المدى في بعض الشبكات مثل شبكات مكاتب المؤسسات. تم تطبيق تقنية الإرسال اللاسلكي لمسافات طويلة على بعض الشبكات مثل الزراعة الذكية.
في مجال إنترنت الأشياء, يتم تضمين معظم أجهزة الاستشعار في شرائح ذات استهلاك منخفض للطاقة ومنخفضة الطاقة, تعتمد في الغالب على الاتصال اللاسلكي مع حالات قصيرة. الكثير من أجهزة التصنيع, تحتاج محطات المواد والمحطات الذكية إلى شبكة Wifi, بلوتوث و زيجبي لإجراء اتصالات, وهذا أمر شائع, وخاصة داخل المصانع. لكن, هذا النوع من التكنولوجيا يفشل في تلبية متطلبات بعض الخدمات. على سبيل المثال, تتطلب بعض الشركات مراقبة حالة استخدام المنتج لعملائها واستعادة البيانات في الوقت الفعلي. وفي بعض الصناعات الثقيلة, تعد مراقبة حالة استخدام الأجهزة البعيدة أمرًا مهمًا للغاية. هكذا, هناك حاجة إلى تقنية لاسلكية طويلة الأمد في هذه المواقف. يمكن للمؤسسات اختيار تقنيات الاتصالات الخلوية مثل 3G و4G وتقنيات نقل WAN منخفضة الطاقة مثل LoRa, سيجفوكس, و إنترنت الأشياء (NB-IoT)..
5. أجهزة الاستشعار الذكية لإنترنت الأشياء أمثلة التطبيق
شبكة استشعار لاسلكي المنتجات لديها مزايا الأسلاك اللاسلكية, انخفاض تكاليف التثبيت, ولا يوجد اتصال كهربائي مباشر مع بعضها البعض, وليس هناك مشكلة التدخل المتبادل. لذلك, استخداماته في السوق واسعة جدًا, تشمل جميع مجالات الأنشطة الاجتماعية والاقتصادية تقريبًا.
- مجال مراقبة خنادق خطوط الأنابيب, مثل درجة الحرارة, الضغط وتدفق إمدادات المياه والصرف الصحي, التدفئة, إمدادات الغاز, إمدادات النفط
- مجال مراقبة المستودعات, مثل درجة الحرارة والرطوبة في مستودع الحبوب, مستودع المخدرات, مستودع المواد الغذائية, مصنع مستودع المواد الكيميائية الخطرة.
- مجال تغطية غرف التفتيش ومراقبة صنبور النار, مثل غطاء بالوعة المناطق الحضرية, صنبور النار وما إلى ذلك.
- مجال مراقبة مستوى السائل, مثل مستوى الماء ومستوى السائل في الأنهار, السدود, الخزانات وخزانات النفط.
- مجال مراقبة الدفيئة, مثل درجة الحرارة والرطوبة, ضوء, غاز الخضار, زهور, تربية.
- مجال مراقبة تربية الأحياء المائية, مثل أحواض الأسماك, الأقفاص ونوعية المياه الأخرى, غاز.
- مجال الغلاف الجوي مراقبة البيئة, مثل الغازات السامة والضارة في الأماكن العامة كالحدائق, المدارس, والمجتمعات.
بالإضافة إلى ما سبق 7 مجالات التطبيق الرئيسية, هناك تطبيقات أخرى, مثل العسكرية, البحث العلمي ونحو ذلك.
6. حلول لمستشعر إنترنت الأشياء
لقد تسربت أجهزة استشعار إنترنت الأشياء بالفعل إلى العديد من الصناعات مثل استكشاف المحيطات, حماية الآثار الثقافية وما إلى ذلك. لا يمكن فصل كل صناعة التحديث تقريبًا عن أجهزة الاستشعار. تولي جميع البلدان اهتمامًا كبيرًا لحالة ومستقبل هذا المستشعر الذكي, وهو يفضي إلى المجتمع والتكنولوجيا.
أجهزة الاستشعار هي الأجهزة التي تقوم بتحويل الكميات الفيزيائية المختلفة, الكميات الكيميائية, والكتلة الحيوية في الطبيعة إلى إشارات كهربائية قابلة للقياس. يحدد تعريف المستشعر مدى تعقيده وتنوعه.
مثل النهايات العصبية لإنترنت الأشياء, أصبحت أجهزة الاستشعار المكونات الأساسية للبشر لاستشعار الطبيعة. يعد نشر وتطبيق جميع أنواع أجهزة الاستشعار أمرًا ضروريًا لبناء إنترنت الأشياء. يتم توفير أجهزة استشعار مختلفة لتطبيقات مختلفة, تتراوح بين الصناعة الذكية, حماية ذكية, المنزل الذكي, النقل الذكي, رعاية طبية ذكية, إلخ.
7. مزايا أجهزة الاستشعار الذكية لإنترنت الأشياء
أولاً, قامت أجهزة استشعار إنترنت الأشياء بتحسين رؤية العملية الحالية وسير العمل من خلال تحديد, تحديد وتأكيد بيئاتهم وظروفهم. على سبيل المثال, أجهزة الاستشعار الذكية في بيئة إنترنت الأشياء الصناعية قادرة على تتبع درجة الحرارة والرطوبة, ثم قم بتسجيل البيانات لتسجيل التاريخ وإدارة الجودة.
ثانية, يمكن تضمين مستشعرات إنترنت الأشياء في المنتجات لتحسين عملية الإنتاج أو المنتج نفسه. أجهزة الاستشعار قادرة على المراقبة, مراقبة وتحسين العمليات أثناء الإنتاج, أو يتم دمجها في الأنظمة اللوجستية لتبسيط تسليم المنتج. منتجات ذكية يتم تضمينها في الأجهزة, والتي يتم من خلالها خلق فرص إيرادات جديدة.
ثالث, تتميز أجهزة الاستشعار بتكاليف أقل مع وظائف أكثر تقدمًا وكفاءة أكبر, ونطاق تحقيقها أوسع.
8. ما هو سوق أجهزة استشعار إنترنت الأشياء؟
معدل النمو السنوي في 2021-2022 من المتوقع أن يكون 25.7%. مطالبات بالاندماج صناعة إنترنت الأشياء لقد ارتفعت تدريجياً في الصناعات التي تحتاج إلى قياسات تعتمد على أجهزة الاستشعار للمراقبة ودعم القرار. من المتوقع أن يتم توسيع سوق أجهزة استشعار إنترنت الأشياء خلال الفترة المتوقعة وقد تهيمن أمريكا الشمالية على السوق خلال هذه الفترة بناءً على منطقتها.
بحسب ناسداك, السيارات بدون سائق يمكن أن تسيطر على السوق من خلال 2030. العلامات التجارية مثل فولكس واجن, مرسيدس بنز, تويوتا, تستثمر Google وVolvo بنشاط في تطوير سيارات ذكية ذات ميزات ممتازة لتوفير تجربة قيادة أكثر أمانًا وراحة للمستهلكين. تُشعل إنترنت الأشياء الآن ثورة هائلة في قطاعي النقل والسيارات من خلال الوصول إلى البيانات في الوقت الفعلي, الصيانة الوقائية والتنقل المتصل, ومن الواضح أن سوق إنترنت الأشياء مزدهر.
