بخشی از مقاله
چکیده
آب یکی از منابع حیاتی است که مدیریت آن از کلیدی ترین مباحث جامعه بشری در کشورهای خشک و نیمه خشک است. به واسطه توسعه تکنولوژی های الکترونیکی، مخابراتی و اینترنت، در این تحقیق از تکنولوژی اینترنت اشیاء برای توسعه سیستم هوشمند مدیریت مصرف آب استفاده شده است. این سیستم شامل یک سنسور جریان آب برای اندازه گیری شار جریان آب عبور کرده از لوله، یک میکروکنترلر به منظور برقراری ارتباط بیسیم - WiFi و GSM - و انتقال همزمان اطلاعات ثبت شده بر روی وب سرور - فضای ابری - و یک نرم افزار به منظور مشاهده برخط اطلاعات در موبایل/ تبلت/ کامپیوتر به منظور کنترل و قطع و وصل نمودن جریان آب با استفاده از شیر برقی می باشد.
واژههای کلیدی: اینترنت اشیاء، شهر هوشمند، مدیریت هوشمند آب شرب.
-1 مقدمه :
کمبود آب در کشور یکی از جدی ترین مباحثی است که می تواند باعث بحران و تنش آبی در هر یک از جوامع انسانی، بخش های صنعت، کشاورزی و زیست بوم شود. از جمله این بحرانها می توان به جنگ بر سر منابع آب اشاره کرد که توسط تحلیلگران پیش بینی شده است و مواردی از آن نیز در حافظه تاریخی بخشهای مختلف جهان به ثبت رسیده است1995; Fischhendler and Nathan 2016; Gleick 1994 ; Lerberghe et al. 2017; Selby 2005; Starr 1991; Walton 1991; . - Wolf 1999مدیریت مصرف آب از جمله موارد بسیار حیاتی است که می تواند زندگی انسانها را به دلیل مواردی از قبیل تولید آب شرب تصفیه شده، تهیه غذا، مصارف بهداشتی، تصفیه فاضلاب، آبیاری، تولید انرژی و مصارف صنعتی تحت تاثیر قرار دهد - Biswas . - 2004; Water 2015 در این میان آب شرب تصفیه شده به لحاظ هزینه بالای تولید از منابع آب موجود، و نبود فرهنگ صحیح استفاده از آن در جوامع شهری و روستایی باید مورد توجه خاص قرار گیرد . - Shannon et al. 2008 - لذا ایجاد یک سیستم هوشمند برای نظارت و کنترل بر مصرف آب در جوامع شهری-روستایی و در بخشهای کشاورزی، صنعتی و عمرانی، با هدف اعمال تغییر بر الگوی مصرف آب می تواند نقش مهمی در حفاظت از منابع آب ایفا کند . - Vermesan et al. 2013 -
-2 مبانی نظری پژوهش:
توسعه یک سیستم هوشمند مدیریت آب نیازمند وجود بستری از ارتباطات و فناوری اطلاعات1، استانداردها و پروتکلهای مورد نیاز و تهیه و نگهداری سخت افزارهای مورد نیاز است که متاسفانه تا کنون فرایندی هزینه بر و در برخی موارد غیرقابل انجام بوده است . - Robles et al. 2015 - امروزه شرکتهای تولید کننده مختلفی وجود دارند که سعی می کنند این محدودیتها را رفع کنند، با اینحال هیچ کدام از تکنولوژیهای استفاده شده به اندازه نگرش اینترنت اشیاء2 نمیتوانند کارا باشند. - .Chandrakanth et al. 2014; Gubbi et al. 2013; Robles et al. 2015; TURCU et al - اینترنت اشیا تکنولوژی رو به گسترشی است که امروزه در بخشهای مختلف جوامع بشری نفوذ کرده و شرکتهای صاحب سرمایه و فناوری را متوجه خود کرده است.
این سیستمها، از یکسری تجهیزاتی به نام حسگر3 برای اندازهگیری میزان پارامترهای فیزیکی یا شیمیائی استفاده نموده و اطلاعات ثبت شده را از طریق یک شبکه 4 برای جمع آوری، ذخیره سازی و تجزیه و تحلیل انتقال میدهند - Balani . - and Hathi 2015 پیشرفتهای اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم5 و توانایی در طراحی و تولید حسگرهایی با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک و قیمت مناسب موجب پیدایش ایدهای برای ایجاد و گسترش شبکههای سنسور بیسیم - WSNs6 - شده است که خود یکی از مهمترین دستاوردهای تکنولوژیکی قرن 21 است - Bassi et al. 2013 ; Li and. - Yazdandoost 2010با توجه به اهمیت مدیریت منابع آب، در این مقاله از تکنولوژی اینترنت اشیاء به منظور ارائه یک مدل هوشمند برای نظارت بر مصرف آب شرب استفاده می شود.
-3 ابزارها و شیوه های جمع آوری داده:
مدل هوشمند نظارت بر مصرف آب شرب شامل بخشهای زیر می باشد - شکل : - 1
✓ سنسور جریان آب
✓ گیرنده /فرستنده رادیویی با آنتن داخلی یا اتصال به آنتن بیرونی
✓ میکروکنترلر
✓ منبع تغذیه
✓ ارتباط اینترنتی
✓ وب سرور - فضای ابری -
شکل :1 اجزاء و ارتباطات مدل هوشمند نظارت بر مصرف آب شرب اولین بخش از مدل هوشمند نظارت بر مصرف آب شرب، سنسور جریان است که می توان از آن برای اندازه گیری جریانمایعات به ویژه آب در کاربردهای صنعتی و خانگی استفاده کرد - شکل . - 2 این سنسور متشکل از یک بدنه پلاستیکی، یک روتور1 و سنسور اثر هال2 کوانتومی میباشد. زمانی که آب یا سیال در داخل سنسور جریان مییابد، روتور داخل سنسور شروع به چرخش میکند. سرعت چرخش روتور متناسب با نرخ جریان آب یا سیال مورد نظر میباشد. در این زمان سنسور اثر هال یک پالس الکتریکی تولید میکند که متناظر با هر حرکت دنده روتور میباشد.از آنجایی که سنسور جریان آب را میتوان به راحتی به هر میکروکنترلری متصل کرد، با اتصال خروجی سریال سنسور به پین اینتراپت میکروکنترلر، میتوان تعداد پالسهای تولیدی سنسور اثر هال را شمارش کرده و به این ترتیب شار جریان آب و میزان مصرف آب یا سیال مورد نظر را محاسبه کرد.
لازم به توضیح است که نرخ جریان آب یا سیال مورد نظر به طور مستقیم متناسب با تعداد پالسهای تولیدی است.برای اینکه بتوان اطلاعات را از طریق ارتباط بیسیم WiFi - و - GSM بر روی وب سرور - فضای ابری - ارسال کرد، لازم است که میکروکنترلر را به یک ماژول WiFi و یا GSM وصل کرد. در این پروژه ارسال اطلاعات از طریق یک ماژول WiFi - با نام - ESP8266 و یک ماژول GSM - با نام - SIM800L به طور همزمان استفاده شده است. در این پروژه سنسور اثر هال و SIM800L مستقیما به ESP8266 وصل شده اند و هر دو ماژول با استفاده از ESP8266 برنامه ریزی شده است.علاوه بر کاربرد فوق الذکر، پروژه حاضر دارای قابلیت نشتیابی و قطع جریان آب از راه دور و از طریق موبایل یا کامپیوتر است و بدین منظور یک شیر برقی در مسیر جریان آب قرار میگیرد که به طور مستقیم به سنسور جریان آب وصل میشود - شکل . - 3 برای شناسایی نشتی آب یک دستگاه از سنسور مورد نظر در مسیر لوله کشی اصلی قرار میگیرد و سپس در مسیر انشعاب
