بخشی از مقاله
چکیده
اینترنت اشیاء مفهوم جدیدی در دنیای فناوری است که به کمک آن می توان اشیاءء و حتی جانداران را به کمک شبکه هایی مانند اینترنت و اینترانت کنترل نمود. استفاده از چنین شبکه هایی این امکان را فراهم می نماید تا افراد از هر نقطه از جهان بتوانند وسایل مورد نیاز خود را کنترل نمایند. با توجه به اینکه یکی از بخش های قابل توجه از نظر میزان دریافت و مصرف انرژی مخصوصا در ساعات پیک بار، بخش روشنایی میباشد، در این مقاله مشخصات فنی و قسمت های مختلف سیستم روشنایی هوشمند با بهره گیری از فناوری اینترنت اشیاء به همراه مدار کنترل کننده ماژول LED که در شرکت مهندسی دانش بنیان کاوش الکترونیک ماد طراحی و ساخته شده تشریح گردیده است. هدف این پژوهش کاهش هزینههای اضافی در بخش انرژی روشنایی و افزایش بهره وری حاملهای انرژی میباشد.
مقدمه
عبارت اینترنت اشیاء برای نخستین بار در سال 1999 توسط کوین اشتون1 مورد استفاده قرار گرفت و جهانی را توصیف کرد که در آن هر چیزی، از جمله اشیاء بی جان، برای خود هویت دیجیتال داشته باشند و به کامپیوترها اجازه دهند آنها را سازماندهی و مدیریت کنند. اینترنت در حال حاضر همه مردم را به هم متصل میکند ولی با اینترنت اشیاء تمام اشیاء به هم متصل میشوند. البته پیش از آن کوین کلی در کتاب قوانین نوین اقتصادی در عصر شبکهها - 1998 - موضوع نودهای کوچک هوشمند - مانند سنسور باز و بسته بودن درب - که به شبکه جهانی اینترنت وصل میباشند را مطرح نمود.
بر اساس مطالب ذکر شده توسط کمپانی مالی گلدساکس، اینترنت اشیاء تا سال 2020 حدود 28 میلیارد شی را در برخواهد گرفت؛ که شامل کاربر انسانی، مراکز داده، گوشی های هوشمند، دستگاه های بلوتوث، حسگر ها، ربات های صنعتی، ساعت های مچی، لوازم خانگی و غیره می باشد - . - Charith & Athanasios, 2016 این ارتباط میلیاردی ممکن است هزینه های و مضراتی نیز داشته باشد. بعنوان مثال یک حمله ویروسی می تواند طیف وسیعی از دستگاه های مرتبط به یک شبکه را در برگیرد. و یا اینکه اگر یک هکر کنترل شبکه را به عهده بگیرد، طبیعتا رویدادهای ناگواری به وقوع خواهد پیوست.
برای مثال با ایجاد خرابکاری در سیستم چراغهای راهنمایی، میتوان یک شهر را به هم ریخت. و یا نفوذ به شبکه کنترل اشیاء خانه، در واقع نفوذ به زندگی روزمرهی کاربران و حریم شخصی آن ها خواهد بود! با توجه به مزایای اینترنت اشیاء و جهان در پیش رو، دوری نمودن و حذف تکنولوژی راهکار معقول و سنجیده ای به حساب نمی آید. در اینجاست که بحث امنیت در اینترنت اشیاء نمود پیدا می کند و چالش بزرگی بر سر این راه است. در این میان استفاده از پروتکل های ارتباطی امن و رمزنگاری اطلاعات رد و بدل شده مهمترین اقدامات پیشگیری از حملات و ایمن سازی بستر استفاده از اینترنت اشیاء می باشد - . - Smith et al.,2015
زندگی بشر از ابتدای خلقت پیوسته وابسته به انواع انرژی بوده و با گذشت زمان این وابستگی نه تنها کاهش یافته، بلکه با روند چشمگیری رو به افزایش است. بنابراین مدیریت مصرف انرژی به عنوان یک عنصر کلیدی به منظور رسیدن به اهداف اقتصادی، اجتماعی و زیست محیطی جهت توسعه پایدار هر کشور مورد توجه بسیار قرار گرفته است. یکی از اساسیترین زیر مجموعههای مدیریت انرژی، مدیریت انرژی روشنایی میباشد. لامپهای LED دارای پتانسیل قابل توجهی در زمینه بهینهسازی مصرف انرژی بوده و دارای مزایای بسیاری از جمله قابلیت برنامهپذیری، طول عمر بسیار بالا، قابلیت تعمیر، پرتاب نور زیاد، نور طبیعی و فاقد اشعههای مخرب، پایین بودن توان مصرفی و بهره نوری مناسب میباشند که در واتها، رنگها، شکلها و سایزهای مختلفی تولید میشوند.
بنابر این با توجه به اهمیت لامپ های LED و قابلیت برنامه پذیری آن ها در این مقاله مشخصات فنی و قسمت های مختلف سیستم روشنایی هوشمند با بهره گیری از فناوری اینترنت اشیاء به همراه مدار کنترل کننده ماژول LED با توان اسمی 45 وات تشریح گردیده است. با استفاده از مدار کنترل کننده جریان ماژول LED و مدولاسیون پهنای پالس2 میتوان میزان شدت روشنایی این لامپها را به راحتی کنترل و برنامهریزی کرد. تستهای آزمایشگاهی نشان داده که به ازای کاهش 50 درصدی نور، 40 درصد کاهش مصرف انرژی را خواهیم داشت.
توصیف قسمت های مختلف سیستم
این سیستم از قسمتهای مختلفی تشکیل شده است که عبارتند از: سیستم کنترل مرکزی، سرویس آنلاین اینترنت اشیاء و مدار کنترل جریان ماژول LED که در ادامه به توصیف این قسمتها خواهیم پرداخت.
- سیستم کنترل مرکزی
تجربه نشان داده است که بهره و کیفیت انجام بسیاری کارها مخصوصا کارهای ظریف با افزایش شدت روشنایی روی سطح کار بالا میرود، البته شدت روشنایی بالاتر مستلزم هزینه جاری بیشتراست. لذا در انتخاب شدت روشنایی باید به راحتی، بهره کاری و هزینه توجه شود. میزان روشنایی لازم برای انجام بسیاری کارهای اساسی توسط مجامع مهندسان روشنایی در بسیاری کشورها تعیین و توصیه شده است که با استفاده از سیستم های روشنایی هوشمند این امر محقق می شود.
این بخش وظیفه تنظیم شدت روشنایی استاندارد و برنامه ریزی سیستم روشنایی در ساعات مختلف را بر عهده دارد. مقدار شدت روشنایی توسط سنسور TSL230 اندازه گیری می شود. این سنسور یک مبدل شدت نور به فرکانس با دقت رزولوشن بالا، پایداری زیاد با حداکثرخطای 5% می باشد و متناسب با شدت نور تابیده شده به سطح آن بدون نیاز به هیچ گونه قطعه و مدار جانبی در خروجی آن فرکانس خواهیم داشت که با استفاده از میکروکنترلرها می توانیم شدت نور بدست آمده را به راحتی اندازه گیری کنیم.
با توجه به اهمیت مدیریت زمان در سیستمهای الکترونیکی هوشمند، برخی شرکتهای تولید کننده قطعات الکترونیکی اقدام به ساخت چیپهایی نمودند که در بسته بندیهای کوچک، امکانات کامل یک تقویم و ساعت واقعی را دارند. ماژول DS3231 یک ماژول صنعتی ارزان قیمت و از خانواده چیپهای Real Time Clock یا همان RTC میباشد. در واقع این ماژول یک ساعت دیجیتالی هوشمند بلادرنگ میباشد که امکان تنظیم و خواندن ثانیه، دقیقه، ساعت، روز، هفته، ماه و سال را به کاربر میدهد.
این ماژول دارای یک کریستال یکپارچه - بدون نیاز به کریستال خارجی - ، سنسور دما ، دو تایم آلارم قابل برنامه ریزی و یک خروجی 32.768 هرتز برای تامین دقت بالاتر است و همچنین وجود یک EEPROM AT24C32 با ظرفیت 32K امکان ذخیره دیتا را برای شما فراهم میکند. این ماژول بهترین انتخاب برای برنامه و پروژه شما جهت رفع نیاز به ثبت زمان با دقت زمانی بالا است. ارتباط این چیپ با پردازنده با پروتکل سریال I2C و فقط از طریق دو سیم انجام میشود.
همچنین امکان استفاده از باتری پشتیبان نیز برای آن در نظر گرفته شده است تا در زمان قطع تغذیه، ماژول به کارخود ادامه دهد و زمان بندی آن از بین نرود. در طراحی این سیستم از ماژول DS3231 و میکروکنترلر خانواده AVR به شماره ATMEGA32 استفاده شده است. با توجه به اهمیت مدیریت زمان در سیستمهای روشنایی هوشمند، این دستگاه به کاربر اجازه میدهد عملکرد سیستم روشنایی را در زمانهای مختلف کنترل و برنامهریزی کند. تصویر شماره 1 مربوط به شماتیک سیستم کنترل مرکزی می باشد.
- سرویس آنلاین اینترنت اشیاء
اینترنتِ اشیاء3 مفهومی جدید در دنیای فناوری و ارتباطات است که به طور خلاصه “اینترنت اشیاء” فناوری مدرنی است که در آن برای هر موجودی - انسان، حیوان و یا اشیاء - قابلیت ارسال داده از طریق شبکههای ارتباطی، اعم از اینترنت یا اینترانت، فراهم میگردد. با توجه به اهمیت و نقش صنعت در فر آیند توسعه اقتصادی و جهانی شدن اقتصاد، لازم است که صنایع کشور تمهیداتی را اتخاذ کنند تا با شرایط موجود جهانی خود را همگام سازند.
به روز شدن فعالیت های تولیدی و صنعتی یکی از مهمترین تغییرات در محیط تجاری قرن 21 است. در یک محیط پویا که فرصتها و چالش ها را با خود به ارمغان می آورد، نقش فناوری های نوین در رسیدن به تکامل تدریجی، یک نقش اساسی و محوری است - فارسیجانی و فلاحی، . - 1391 اینترنت اشیاء یکی از به روز ترین فناوری ها در عصر جدید اطلاعات و ارتباطات است. در فناوری اینترنت اشیاء بسیاری از اشیاء دنیای فیزیکی، تحت شبکه قرار گرفته و با هم مرتبط می باشند.
این فناوری با استفاده از ابزارهای اطلاعاتی، تجهیزات هوشمندساز میان افزارها ، بسترهای نرم افزاری تحت وب و با تکیه بر رایانش ابری با چالش های موجود در سیستم های شناسایی خودکار مقابله نموده، که این امر منتج به تولید حجم بسیار زیادی داده جهت ذخیره، پردازش و ارائه می شود. رایانش ابری با ایجاد یک زیرساخت مجازی در فناوری اینترنتی از اشیاء، باعث یکپارچگی فرآیندها نظارت و ذخیرهسازی، ابزارهای تجزیه تحلیل، پلت فرم ها ی تجسم سازی و عرضه به مشتری می گردد - . - Gubbi et al.,2011
کاسرس و فرایدی در بیستمین سال به وجود آمدن سنجش فراگیر در مورد چالشها، فرصتها و پیشرفت ها ی آن مباحثی را در بخشهای ساختاری سنجش فراگیر و نیز ویژگیهای این سیستم بهمنظور تطبیق با تغییرات کنونی جهان مطرح می کنن د .آنها دو فناوری مهم برای رشد ساختاری سنجش فراگی ر معرفی کردند ، رایانش ابری و اینترنت اشیاء - . - Pressman et al.,2011 همانطور که گفته شد با توجه به مزایای اینترنت اشیاء بحث امنیت در این خصوص امری ضروری است، بنابراین استفاده از پروتکل های ارتباطی امن و رمزنگاری اطلاعات رد و بدل شده مهمترین اقدامات پیشگیری از حملات و ایمن سازی بستر استفاده از اینترنت اشیاء می باشد. امروزه در دنیای دیجیتال حفاظت از اطلاعات رکن اساسی و مهمی در تبادلات پیامها و مبادلات تجاری ایفا مینماید. برای تامین نیازهای امنیتی تراکنش امن، از رمز نگاری استفاده میشود.
