سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی و اینترنت اشیاء

با پیشرفت تکنولوژی و ظهور مفهوم جدیدی به نام اینترنت اشیا (IoT)، فرصت‌های استفاده از حسگرها نیز هر روز در حال افزایش است. یکی از موارد استفاده از سنسورهای هوشمند، که به نام سنسورهای اینترنت اشیا شناخته می‌شوند، در پایش شرایط محیطی است.

پایش محیطی به استفاده از ماژول‌های حسگر برای نظارت بر محیط بیرونی گفته می‌شود. به لطف در دسترس بودن اتصال بی سیم و ماژول‌های حسگر کم انرژی، می توان نظارت گسترده‌ای بر محیط اطراف انجام داد. در این مطلب قصد داریم تا با سنسورهای IoT  پایش شرایط محیطی و اینترنت اشیاء بیشتر آشنا شویم. با ما در شرکت کاوشکام آسیا همراه باشید.

آشنایی با سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی و اینترنت اشیاء

آشنایی با سنسورهای IoT

اینترنت اشیا یا IoT، سیستمی از دستگاه‌های محاسباتی، ماشین‌های مکانیکی و دیجیتال، اشیاء، حیوانات یا افراد است که دارای شناسه‌های منحصربه‌فرد (UID) و قابلیت انتقال داده‌ها از طریق شبکه بدون نیاز به تعامل انسان با انسان یا انسان با کامپیوتر هستند.

منظور از اشیا در اینترنت اشیا می‌تواند فردی باشد که مانیتور قلب برای او کاشته است، یک حیوان مزرعه باشد که یک ترانسپوندر بیوچیپ در آن قرار داده شده است، خودرویی باشد که دارای حسگرهای داخلی برای هشدار به راننده در صورت پایین آمدن فشار باد لاستیک است و یا هر چیز طبیعی یا مصنوعی دیگری باشد که قادر به ارسال اطلاعات دقیق است. در واقع منظور از شی، هر شیئی است که می‌توان به آن آدرس پروتکل اینترنت (IP) اختصاص داد و این شی قادر به انتقال داده‌ها از طریق شبکه است.

اینترنت اشیا (IoT) پتانسیل زیادی برای تغییر روش عملکرد سیستم‌ها و کسب‌وکارها ارائه می‌کند و نه تنها یک جهش و تحول در اتوماسیون ایجاد می‌کند، بلکه دید عمیقی را فراهم می‌کند که ناشی از حجم عظیم داده‌هایی است که می‌توان جمع‌آوری، تجزیه و تحلیل و گزارش کرد و آن‌ها را عملیاتی نمود.

توانایی جمع‌آوری کارآمد داده‌ها با استفاده از حسگرها شروع می‌شود. حسگرها یا سنسورها دستگاه‌هایی هستند که به ورودی‌های دنیای فیزیکی پاسخ می‌دهند، سپس آن ورودی‌ها را می‌گیرند و نمایش می‌دهند، آنها را برای پردازش اضافی ارسال می‌کنند، یا از آنها در ارتباط با هوش مصنوعی برای تصمیم‌گیری یا تنظیم شرایط عملیاتی استفاده می‌کنند. داده‌های جمع‌آوری شده توسط سنسورهای IoT برای کمک به صاحبان و مدیران کسب و کار در تصمیم‌گیری هوشمندانه برای کارهای عملیاتی و کمک به مشتریان و کاربران در استفاده کارآمدتر از محصولات و خدمات آن کسب و کار استفاده می‌شوند.

با گسترش استفاده از اینترنت اشیا، سنسورهای بیشتری برای نظارت و جمع‌آوری داده‌ها برای تجزیه و تحلیل و پردازش استفاده می‌شوند که یکی از این موارد استفاده، پایش شرایط محیطی است.

آشنایی با سنسورهای IoT

انواع سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی

سنسورها برای پاسخ به انواع خاصی از شرایط در دنیای فیزیکی طراحی شده‌اند و سیگنالی (معمولاً الکتریکی) تولید می‌کنند که می‌تواند وضعیت تحت نظارت را در محیط نشان دهد. این شرایط ممکن است نور، گرما، صدا، فاصله، فشار، یا شرایط خاص دیگر مانند وجود یا عدم وجود گاز یا مایع باشد. سنسورهای رایج اینترنت اشیا که برای مانیتورینگ شرایط محیطی به کار می‌روند عبارتند از:

• سنسور دما
• سنسور فشار
• سنسور حرکت
• سنسور سطح
• حسگر تصویر
• حسگر مجاورت
• سنسور کیفیت آب
• سنسور شیمیایی
• سنسور گاز
• سنسور دود
• سنسور مادون قرمز (IR)
• سنسور شتاب
• سنسور ژیروسکوپی
• سنسور رطوبت
• سنسور نوری

در زیر به توضیح مختصری از هر یک از این سنسورها می‌پردازیم:

سنسورهای دما

سنسورهای دما وظیفه تشخیص دمای هوای یک محیط یا یک جسم فیزیکی را بر عهده دارند. این سنسورها سطح دما را در یک سیگنال الکتریکی تنظیم می‌کنند که قابل کالیبره کردن باشد و دمای اندازه‌گیری شده را به دقت منعکس می‌کنند. حسگرهای دما می‌توانند برای مثال دمای اتاق سرور، دمای خاک و یا دمای یاتاقان را کنترل کنند تا تشخیص دهند که چه زمانی ممکن است این وسایل بیش از حد گرم شوند یا به نقطه خرابی نزدیک شوند. با دریافت این اطلاعات و انتقال آن از طریق هشدار، مدیران کسب و کارها را به رفع مشکل فرا می‌خوانند.

انواع سنسورهای IoT

سنسورهای فشار

سنسورهای فشار حسگرهایی هستند که فشار یا نیروی اعمال شده به حسگر را در واحد سطح اندازه‌گیری می‌کنند و می‌توانند مواردی مانند فشار هوا، فشار گاز یا فشار مایع ذخیره شده در یک سیستم را تشخیص دهند.

سنسورهای حرکت

حسگرهای حرکتی یا آشکارسازهای حرکت می‌توانند حرکت یک جسم فیزیکی را با استفاده از چندین فناوری، از جمله مادون قرمز غیرفعال (PIR)، تشخیص مایکروویو یا امواج فراصوت، حس کنند. این سنسورها را می توان در سیستم‌های امنیتی و تشخیص نفوذ استفاده کرد، اما می‌توان در پایش شرایط محیطی برای کنترل خودکار درها، تهویه مطبوع، سیستم گرمایش و یا سایر سیستم‌ها استفاده کرد.

دیگر مقالات ما را در این بخش دنبال نمایید
تاریخچه الکتروکاردیوگرافی (نوار قلب)
نرم افزار پایش محیطی سرنا چیست و چه کاربردهایی دارد؟
نرم‌افزار پایش شبکه موبایل کاوشکام چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سنسورهای سطح

سنسورهای سطح، سطح یک مایع را نسبت به مقدار نرمال معیار به سیگنال تبدیل می‌کنند. به عنوان مثال، گیج‌های سوخت،  سطح سوخت را در باک خودرو نشان می‌دهند. سنسورهای سطح نقطه‌ای نیز وجود دارند که نمایشی دیجیتالی از سطح مایع هستند. برخی از خودروها چراغی دارند که وقتی سطح بنزین داخل باک بسیار به خالی شدن نزدیک است، چراغ روشن می‌شود و به عنوان زنگ خطری عمل می‌کند که به راننده هشدار می‌دهد که سوخت نزدیک به تمام شدن است.

سنسورهای تصویر

حسگرهای تصویر برای گرفتن تصاویری استفاده می‌شوند که به صورت دیجیتالی برای پردازش ذخیره می‌شوند. پلاک‌خوان‌ها و همچنین سیستم‌های تشخیص چهره نمونه‌ای از سنسورهای تصویر هستند. خطوط تولید خودکار می‌توانند از حسگرهای تصویر برای پایش و تشخیص مسائل کیفی مانند بررسی رنگ‌آمیزی سطح پس از خروج از مرحله اسپری استفاده کنند.

انواع مختلف سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی

سنسورهای مجاورت

حسگرهای مجاورت می‌توانند وجود یا عدم وجود اشیایی را که به سنسور نزدیک می‌شوند از طریق انواع فناوری‌های مختلف تشخیص دهند. این تکنولوژی‌ها عبارتند از:

• تکنولوژی‌های القایی که برای تشخیص اجسام فلزی مفید هستند؛
• تکنولوژی‌های خازنی، که بر اساس اجسامی عمل می‌کنند که دارای گذردهی نسبی متفاوت از هوا هستند؛
• تکنولوژی‌های فوتوالکتریک، که برای روشن کردن و بازتاب از یک جسم به پرتوی نور متکی هستند؛
• تکنولوژی‌های اولتراسونیک، که از سیگنال صوتی برای تشخیص شی نزدیک به سنسور استفاده می کنند.

سنسورهای کیفیت آب

اهمیت آب نه تنها برای آشامیدن، بلکه به عنوان یک عنصر کلیدی مورد نیاز در بسیاری از فرآیندهای تولید، نیاز به درک و اندازه‌گیری پارامترهای پیرامون کیفیت آب را به انسان دیکته می‌کند. سنسورهای IoT در پایش شرایط محیطی موارد زیر را برای آب بررسی می‌کنند:

• وجود مواد شیمیایی در آب و میزان آن‌ها (مانند سطح کلر یا سطح فلوراید)؛
• سطح اکسیژن (که ممکن است بر رشد جلبک‌ها و باکتری ها تأثیر بگذارد)؛
• رسانش الکتریکی (که می‌تواند سطح یون‌های موجود در آب را نشان دهد)؛
• سطح pH (بازتابی از اسیدیته یا قلیایی بودن آب)؛
• سطح کدر بودن آب (اندازه گیری مقدار مواد جامد معلق در آب).

سنسورهای شیمیایی

حسگرهای شیمیایی برای تشخیص وجود مواد شیمیایی خاصی طراحی شده اند که در پیش شرایط محیطی به خصوص فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.

سنسورهای گاز

حسگرهای گاز برای تشخیص وجود گازهای قابل احتراق، سمی یا قابل اشتعال در مجاورت سنسور تنظیم شده‌اند. نمونه‌هایی از گازهای خاص که می‌توانند در پایش شرایط محیطی توسط سنسورهای IoT شناسایی شوند عبارتند از:

• برم (Br2)
• مونوکسید کربن (CO)
• کلر (Cl2)
• دی اکسید کلر (ClO2)
• اتیلن (C2H4)
• اتیلن اکسید (C2H4O)
• فرمالدئید (HCHO)
• هیدرازین(ها): (H2NNH2، CH3NHNH2، [CH3]2NNH2)
• هیدروژن (H2)
• هیدروژن بروماید (HBr)
• هیدروژن کلرید HCl)
• سیانید هیدروژن (HCN)
• پراکسید هیدروژن (H2O2)
• سولفید هیدروژن (H2S)
• نیتریک اکسید (NO)
• دی اکسید نیتروژن (NO2)
• ازن (O3)
• پراستیک اسید (C2H4O3)
• پروپیلن اکسید (C3H6O)
• دی اکسید گوگرد (SO2)

سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی در انواع مختلف

سنسورهای دود

سنسورها یا آشکارسازهای دود وجود دود را در پایش شرایط محیطی تشخیص می‌دهند که می‌تواند نشانه آتش سوزی باشد و معمولاً با استفاده از حسگرهای نوری (تشخیص فوتوالکتریک) یا تشخیص یونیزاسیون انجام می‌شود. این سنسورها در اکثر شرکت‌ها و سازمان‌ها کاربرد دارد.

سنسورهای مادون قرمز (IR)

فناوری‌های حسگر مادون قرمز تشعشعات مادون قرمزی را که از اجسام ساطع می‌شود، تشخیص می‌دهند. دماسنج های غیر تماسی از این نوع حسگرها به عنوان روشی برای اندازه گیری دمای یک جسم بدون نیاز به قرار دادن مستقیم پروب یا سنسور روی آن جسم استفاده می‌کنند. این سنسورها در تجزیه و تحلیل امضای حرارتی الکترونیک و تشخیص جریان خون یا فشار خون در بیماران استفاده می‌کنند.

سنسورهای شتاب

در حالی که حسگرهای حرکت برای تشخیص حرکت یک جسم را طراحی شده‌اند، سنسورهای شتاب یا شتاب سنج‌ها میزان تغییر سرعت یک جسم را تشخیص می‌دهند. این تغییر ممکن است به دلیل سقوط آزاد، ارتعاش ناگهانی یا حرکت چرخشی (تغییر جهت) باشد.

سنسورهای ژیروسکوپی

ژیروسکوپ یا حسگر ژیروسکوپی برای اندازه‌گیری چرخش یک جسم و تعیین سرعت حرکت آن به نام سرعت زاویه‌ای با استفاده از یک سیستم 3 محوره استفاده می‌شود. این حسگرها امکان تعیین جهت شی بدون نیاز به مشاهده مشهود را می‌دهند.

سنسورهای رطوبت

سنسورهای رطوبت می‌توانند رطوبت نسبی هوا یا گازهای دیگر را تشخیص دهند که معیاری برای اندازه‌گیری میزان بخار آب موجود در آن گاز است. پایش شرایط محیطی برای میزان رطوبت در فرآیندهای تولید مواد و همچنین در بعضی از محیط‌های حساس به رطوبت حیاتی است. حسگرهای رطوبت امکان بررسی کاهش یا افزایش رطوبت را فراهم می‌کنند.

سنسورهای نوری

حسگرهای نوری به نوری که از یک جسم منعکس می‌شود پاسخ می‌دهند و سیگنال الکتریکی مربوطه را برای استفاده در تشخیص یا اندازه‌گیری شرایط تولید می‌کنند. این حسگرها با تشخیص قطع شدن یک پرتو نور یا انعکاس آن ناشی از حضور جسم کار می‌کنند.

بهترین انواع سنسورهای IoT

موارد استفاده از سنسور IoT

سنسورهای IoT  برای سه هدف کلی طراحی شده‌اند:

1. بهبود سرعت فرایندها و تعیین شرایط محیطی با دقت و وسعت بیشتر؛
2. بهبود کیفیت نظارت بر عوامل محیطی؛
3. پیش محیطی و کاهش هزینه‌ها.

کلام پایانی

در این مطلب به سنسورهای IoT پایش شرایط محیطی و اینترنت اشیاء پرداختیم. این سنسورها نقش بسیار مهمی در پایش شرایط محیطی در صنایع مختلف امروزی دارند و محدود به صنعت خاصی نیستند. با گسترش نسل پنجم اینترنت، انتظار می‌رود که استفاده از اینترنت اشیا در سازمان‌ها و شرکت‌ها در آینده نزدیک بیشتر شود تا فرایند پایش محیطی با سرعت و کیفیت بهتری انجام شود.