اینترنت اشیا (IoT) در حال حاضر در همه جا گسترش یافته است، از یک کارخانه بزرگ گرفته تا یک خانه کوچک، همه این ها در حال ارتقا به سمت IoT هستند. هدف اصلی استفاده از این تکنولوژی به ارمغان آوردن آسایش و راحتی در کنار افزایش امنیت است. اما نکته اصلی که می‌خواهم توجه شما را به آن جلب کنم سنسورها هستند. اگر می‌خواهید هر اتفاقی را زیر نظر داشته باشید قطعاً به یک سنسور نیاز خواهید داشت و هر سنسور وظیفه متفاوتی دارد.
با استفاده از اینترنت اشیا می توان وسایل خود را از راه دور و از هر نقطه در سراسر جهان کنترل کرد یا خروجی داده های سنسور های مختلف را مانیتور کرد. نه تنها افراد بلکه شرکت های بزرگ نیز ترجیح می دهند از اینترنت اشیا برای نظارت لحظه ای و فروش شعب مختلف از راه دور استفاده کنند.
به عنوان مثال:
در یک شرکت بزرگ که در آن ماشین آلات و سایر مکانیسم های بزرگ الکتریکی وجود دارد، نظارت و کنترل دمای تک تک ماشین ها به یک وظیفه حیاتی تبدیل می شود. به همین منظور شرکت‌ها از سنسورهای دما مرتبط با اینترنت اشیا استفاده می‌کنند. این سنسورها به طور مداوم دما را کنترل می‌کنند و اگر از حد تعیین‌شده عبور کرد، یا به کارکنان اطلاع می‌دهند یا برق آن دستگاه خاص را قطع می‌کنند.
با توجه به مثال بالا فقط می خواستم نشان دهم که حسگرها برای همه چیز مفید هستند. بدون سنسور که نمی توانید هیچ ویژگی فیزیکی را نظارت کنید. از این رو، شناختن برخی از سنسور های مهمی که در اینترنت اشیا بیشترین استفاده را دارند بسیار مفید است و همچنین باید با وظایف، عملکرد و رفتار اصلی آن سنسورها آشنا باشید.
اینبار فقط میخواهیم راجب سنسور ها صحبت کنیم و باهم بررسی کنیم که چه سنسور هایی مناسب پروژه های اینترنت اشیا هستند.
در ادامه 10 تا از بهترین سنسور های مناسب برای پروژه های اینترنت اشیا را به شما معرفی خواهم کرد. همراه من باشید.
1. سنسور های تشخیص دما
اولین و پر استفاده ترین سنسوری که از مدت ها قبل تا به امروز در پیکربندی های اینترنت اشیا استفاده می شود “سنسور دما” نام دارد. یک سنسور دما همانطور که از نامش پیداست خوانش عددی دمای محیط اطراف خود را ارائه می دهد. ما می توانیم از اطلاعات دریافتی این سنسور برای کارهای مختلف استفاده کنیم. معمولا از این سنسور برای پایش سطح گرمای خانه و شرکت ها استفاده می شود. حفظ دمای ثابت و مناسب برای دستگاه های مختلف یا مدیریت دمای آن، امری حیاتی می باشد. از آنجایی که برخی از ماشین آلات و دستگاها واقعاً به دمای بالا حساس هستند و این افزایش دما می‌تواند بر طول عمر قطعات دستگاه تأثیر بگذارد، حفظ دما به بخش بسیار مهمی تبدیل می‌شود.
حالا که داریم راجب سنسور های دما صحبت می کنیم بد نیست به 4 مدل از سنسور های موجود و پر کاربرد اشاره کنم:
Thermistor
عبارت Thermistor ترکیبی از دو کلمه مختلف “Thermal” و “Resistor” است. همانطور که از معنی آن مشخص است باید با دما و مقاومت مقابله کند. به عبارت دیگر همان کاری را انجام می دهد که از نامش پیداست، یعنی مقاومت آن با توجه به دمای محیط تغییر پیدا می کند، پس از آن می توانیم مقاومت را مستقیماً با اتصال به پایه های ADC هر میکروکنترلری بخوانیم. این سنسور می تواند از 50- درجه سانتیگراد تا 250 درجه سانتیگراد را تحمل کند. این نوع سنسورها می توانند دما را با سرعت بالا و با دقت بسیار بالا بخوانند.
Thermistor ها به دو نوع تقسیم می شوند که عبارتند از:
NTC thermistors
عبارت NTC مخفف Negative Temperature Co-efficient است. اینها انواعی از سنسورهای دمایی هستند که مقاومت آنها با دما نسبت معکوس دارد. به زبان ساده تر در ترمیستورهای نوع NTC با افزایش دما مقاومت کاهش می یابد و بالعکس.
PTC thermistors
عبارت PTC مخفف Positive Temperature Co-efficient است. در این مدل سنسورها مقاومت با دما نسبت مستقیم دارد، یعنی در ترمیستورهای نوع PTC مقاومت با افزایش دما افزایش می یابد و بالعکس.
Resistance temperature detectors
دماسنج های RTD نیز دما را با توجه به تغییر مقاومت اندازه گیری می کنند اما تفاوت آنها در این است که از فلزات خالصی استفاده می کنند که مقاومت آنها در دماهای مختلف تغییر می کند. معمولاً پلاتین به عنوان فلز خالص برای به دست آوردن نتایج بسیار دقیق استفاده می شود، اما برای مصارف کم هزینه می توان از مس و نیکل نیز استفاده کرد. این دماسنج ها در کنار دقت خیلی بالا قابلیت سنجش دما در محدوده 200- تا 600 درجه سانتیگراد را دارند.
Thermocouple
ترموکوپل پرکاربردترین نوع سنسور دما است. از دو نوع فلز مختلف به عنوان سیم استفاده می کند و تغییر ولتاژی که بین این دو نقطه به دلیل تغییر دما رخ می دهد، مقدار دما را منعکس می کند. نمیتوان روی دقت آن خیلی حساب باز کرد اما در هر صورت دقت اندازه گیری آن از 200- درجه سانتیگراد تا 1700 درجه سانتیگراد قابل قبول است.
سنسور های مبتنی بر نیمه هادی (Semi-conductor based sensors)
این نوع سنسورها به صورت خارجی و مجزا استفاده نمی شوند، بلکه در مدارهای مجتمع مختلف ارائه می شوند و دارای دقت بسیار پایین و دامنه ای از 70- درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد هستند.
یک مثال عالی برای این سنسور ها، سنسور دما LM35 است که حرف های زیادی برای گفتن دارد. این سنسور ارزان، دقیق و آسان برای استفاده با آردوینو است. بین 6 تا 12 ولت کار می‌کند، بنابراین می‌توان آن را به راحتی به اکثر میکروکنترلر های رایج متصل کرد.
اگر از شناخت انواع سنسورهای دما موجود در بازار اطلاعات کافی ندارید، بهتر است برای شروع سراغ سنسور LM35 در لینک زیر بروید.
2. سنسور های تشخیص رطوبت
همانطور که همه ما در کلاس های دوران ابتدایی مطالعه کردیم، رطوبت به مقدار بخار آب موجود در هوا گفته می شود. اما نمیشه به همین سادگی ازش بگذریم! در صنایع و کارخانه جات عظیم، بحث کنترل رطوبت یکی از مهمترین کارهایی است که باید انجام شود، زیرا رطوبت بالا می تواند منجر به از کار افتادن ماشین آلات مختلف و همچنین مشکلات مختلفی برای کارگران شود. بنابراین رطوبت با یک سیستم کنترل رطوبت، پایش می شود. اما همانطور که ممکن است حدس بزنید برای کنترل رطوبت، باید میزان رطوبت را حس کنیم، اینجاست که سنسورهای رطوبت وارد عمل می شوند. آنها در تمام صنایع مثل صنایع خانگی، کشاورزی، پزشکی، الکترونیک و نیمه هادی ها و غیره استفاده می شوند.
برای اندازه گیری رطوبت، یک سنسور معروف به نام DHT11 وجود دارد، نسخه های دیگری مانند DHT22 و غیره نیز موجود است. این سنسور نه تنها می تواند میزان رطوبت را بسنجد ، بلکه می تواند دما را با استفاده از ترمیستور داخلی اندازه گیری کند. برای راه اندازی این سنسور می توانید از مقاله زیر کمک بگیرید.
3. سنسور گاز و کیفیت هوا
گازها گاهی اوقات با وجود مزایایی که دارند می توانند منجر به مرگ شوند. در زندگی روزمره افراد، ترس زیادی از گازهای مختلف وجود ندارد، اما وقتی صحبت از سطح صنعتی می شود، اگر گاز ناخواسته ای به اشتباه نشت کند و به موقع تشخیص داده نشود، می تواند منجر به تخریب گسترده شود. از این رو، برای شرکت‌ها بسیار مهم است که انواع مختلف گازها را در اطراف کارخانه‌های خود شناسایی کرده و به طور منظم با آنها مقابله کنند.
سنسورهای گاز یا Gas detectors برای ردیابی گازهای مضر بارها مورد استفاده قرار می گیرند. حسگر گاز وسیله ای است که می تواند وجود نوع خاصی از گاز را در اطراف خود حس کند. به طور کلی برای اهداف ایمنی استفاده می شود، مثلا زمانی که گاز شناسایی می شود، میکروکنترلر به طور خودکار کارهای در حال انجام را متوقف می کند و بلافاصله کارکنان را در مورد تهدید مطلع می کند.
امروزه انواع مختلفی از سنسورهای گاز در بازار موجود است، اما رایج ترین سری هایی که توسط علاقمندان و شرکت های مختلف استفاده می شود، سری MQ هستند. این سری از سنسورهای مختلف برای تشخیص گازهای مختلف ساخته شده اند. برخی از آنها در زیر با نام گازهایی که شناسایی می کنند ذکر شده اند:
لیست سنسور های سری MQ
- MQ-2 – Methane, Butane, LPG, smoke
- MQ-3 – Alcohol, Ethanol, smoke
- MQ-4 – Methane, CNG Gas
- MQ-5 – Natural gas, LPG
- MQ-6 – LPG, butane gas
- MQ-7 – Carbon Monoxide
- MQ-8 – Hydrogen Gas
- MQ-9 – Carbon Monoxide, flammable gasses
- MQ131 – Ozone
- MQ135 – Air Quality (CO, Ammonia, Benzene, Alcohol, smoke)
- MQ136 – Hydrogen Sulphide gas
- MQ137 – Ammonia
- MQ138 – Benzene, Toluene, Alcohol, Acetone, Propane, Formaldehyde gas, Hydrogen
- MQ214 – Methane, Natural gas
- MQ216 – Natural gas, Coal gas
کیفیت هوا یکی از مسائل مهم در تمام نقاط توسعه یافته در سراسر جهان است و بسیاری از کشورها با ابزارهای مختلف در جهت حفظ کیفیت هوا گام بر می دارند. اگر بین سنسورهای گاز و سنسورهای کیفیت هوا دچار اشتباه شدید، به یاد داشته باشید که یک حسگر گاز فقط می‌تواند نوع خاصی از گاز موجود در اطراف خود را حس کند، اما سنسورهای کیفیت هوا با اندازه‌گیری عوامل مختلف مانند مقدار CO2، کیفیت کلی هوا را مورد سنجش قرار می دهند. این حسگرها میزان هر گاز موجود در هوای اطراف خود را اندازه گیری می کنند و سپس پس از پردازش همه اطلاعات ورودی، کیفیت هوای اطراف خود را تخمین میزنند.
این حسگرها در اینترنت اشیا کاربرد های فراوانی دارند تا کیفیت هوای شهرهای مختلف را از یک مکان واحد اندازه گیری کنند و همچنین نرخ دقیق جمعیت اطراف خود را به مردم عادی ارائه دهند.
4. سنسور کیفیت آب
هوا و آب دو امر حیاتی برای داشتن زندگی مطلوب هستند و بررسی مداوم کیفیت آب یک شهر به اندازه بررسی کیفیت هوا اهمیت دارد. به همین دلیل است که نمی‌توانیم حسگر بعدی لیست را که «Water quality sensor» است از دست بدهیم. این سنسورها وظیفه ارائه میزان تمیزی و مناسب بودن آب را ارائه می‌دهند.
مقادیر مختلفی مانند مقدار pH، اکسیژن محلول، سطح دما، رسانایی، مواد مغذی مانند فسفر، نیترات و آمونیاک، کدربودن و شفافیت و غیره را اندازه گیری می کنند. و بر اساس این مقادیر، میکروکنترلرها اطلاعاتی را می دهند که آیا آب خالص است یا نه و چه نوع مواد شیمیایی خارجی باید به آن اضافه شود تا آب برای آبزیان یا مصرف انسان مناسب تر شود. این سنسورها در انواع و اندازه‌های مختلف وجود دارند و می‌توانند انواع حسگرهای ضروری باشند که در یک سنسور مستقل کیفیت آب ادغام شده‌اند یا چندین سنسور برای اندازه‌گیری خواص مختلف باشند.
5. سنسورهای مادون قرمز غیرفعال (Passive Infrared sensors)
امنیت به یک نگرانی اصلی در دنیای مدرن امروزی تبدیل شده است. نه تنها صنایع از سنسور تشخیص حرکت برای دستگیری سارقان استفاده می کنند، بلکه این موارد در مراکز مختلف و مغازه های کوچک هم مورد استفاده قرار می گیرد. رایج ترین سنسوری که برای تشخیص انسان استفاده می شود PIR است که مخفف Passive InfraRed sensor است. این سنسور نورهای مادون قرمزی را که از بدن هر حیوانی به عنوان گرما ساطع می شود، تشخیص می دهد.
سنسور PIR یکی بهترین گزینه ها برای پروژه های اینترنت اشیا می باشد. پیشنهاد می کنم برای کار با این سنسور و روش راه اندازی ان از مقاله های زیر استفاده کنید.
جمع بندی
ممنون که تا انتهای مقاله همراه من بودید. همانطور که در ابتدا اشاره شد، اینترنت اشیا بصورت فراگیر و گسترده از خانه شخصی گرفته تا وسعت یک شهر یا یک کارخانه عظیم، کاربرد دارد و در آینده نزدیک شاهده استفاده بیشتر از این تکنولوژی در عرصه های مختلف خواهیم بود. در بخش اول این مقاله به 5 تا از بهترین و پرکابرد ترین سنسور های فعلی موجود در بازار برای پروژه های اینترنت اشیا و هوشمند سازی، اشاره کردیم. در آینده نزدیک با بخش دوم مقاله و معرفی 5 سنسور پرکاربرد دیگر در خدمت شما خواهیم بود.
