بخشی از مقاله
چکیده -
یکی از موضوعات در اینترنت اشیا کنترل و امنیت منازل است چالشی که همواره در بحث کنترل وسایل منازل مطرح است تنوع روشهای کنترل و استفاده از سخت افزارهای متنوع برای انجام اینکار همواره مطرح بوده است.لذا در این پژوهش بر آن شدیم تا با آشنایی و شناخت محسنات روش ارتباط بیسیم تحت شبکه وب و با استفاده از پلتفرمهای آماده مینی کامپوتر رزبری پای شرایط کنترل و پارامترهایی نظیر امنیت , هزینهرا بهبود بخشیده و شرایط مناسبی را ایجاد نماییم.
.1مقدمه
در سالهای اخیر روند رشد تجهیزاتی که می توانند با داشتن آدرس الکترونیکی مشخص در شبکه ارتباطی IOT قرار بگیرند باعث شده تا مسئله کنترل آنها به موضوعی قابل بحث تبدیل شود. امکان این کنترل از داخل و یا خارج محیط نیز می تواند بر حسب نیاز متفاوت باشد.
موضوع کنترل تجهیزات و وسایل محیط می تواند به خودی خود به حدی گسترده باشد که شاید نتوان نسخه واحدی برای آن پیدا کرد. محیط های صنعتی , اداری یا خانگی باید طبق الزامات و نیازهای آن مورد تحقیق و بررسی قرار بگیرند تا بهترین و کارا ترین سیستم کنترل که بتواند نیازهای آن محیط را پوشش دهد ایجاد گردد. کنترل تجهیزات به صورت بیسیم موضوع جدیدی نیست و تا کنون با انواع روشها معرفی شده اما موضوعی که هدف ما در این مقاله است رسیدن به روشی است که بیشترین بازده راارائه کند بدین مفهوم که با داشتن قابلیت های کنترلی در موضوعاتی نظیر امنیت , هزینه , مصرف انرژی نصب و راه اندازی آسان روشی بهتر و کار آمدتر از روشهای پیشین باشد .
اتصال از طریق شبکه های بلوتوث - 1 - و یا 1 - zigbee - نیز برای ارتباط بیسیم متداول بوده [1] و هست که مسئله برد سیگنال می تواند عامل محدود کننده آن باشد. اما روشی که ما در این مقاله بدان می پردازیم اتصال بیسیم در بستر شبکه وب است که محدودیت بعد فاصله را ندارد و از هر نقطه ای امکان انجام آن وجود دارد که نو آوری طرح محسوب می شود. همچنین استفاده از پلتفرمهای مینی کامپوتر به جای کنترلر های میکروپروسسور مرسوم می تواند برای رسیدن به اهداف مذکور روشی کارآمدتر باشد.
.2 روش آزمایشگاهی و تحقیق
برای انجام این کار دو روش وجود دارد.
الف- کنترل وسایل از خارج خانه و توسط سرورها
ب- کنترل وسایل از داخل خانه
البته در اینجا ما قصد بررسی کنترل وسایل از خارج خانه را نداریم و تنها به بحث در مورد راه حل دوم یعنی کنترل وسایل و تجهیزات از داخل خانه خواهیم پرداخت.
برای رسیدن به این هدف راهکارهای متفاوتی را می توان متصور بود استفاده از انواع میکرو کنترلرها استفاده از بردهای آماده استفاده از پلتفرمهای مینی کامپوتر و استفاده از کامپیوترها.
در واقع یکی از شاخص های مهم برای تصمیم گیری بین تجهیزات نام برده شده بحث زمان واقعی یا همزمان بودن - Real Time - است بدین مفهوم که چقدر تلرانس زمانی بین اجرای دستور و عملی شدن آن قابل قبول است.اصولا در میکرو کنترلرها به واسطه عدم وجود سیستم عامل برنامه بدون وقفه اجرا می شود اما این موضوع در سیستمهایی که وابسته به سیستم عامل هستند کمی متفاوت است. بدین ترتیب که برنامه پس از اجرا و بواسطه مداخله سیستم عامل با کمی تاخیر مواجه می شود که عواملی نظیر دمای محیط گاها می تواند در متغیر بودن این زمان تاخیر نیز موثر باشد.
به هر حال و با توجه به موضوع فوق الذکر به دلیل عدم وجودحساسیت های زمانی در حد میلی ثانیه استفاده از هر دوسیستم همزمان یا با تاخیر کم در این طرح بلا مانع است و وجود محسنات یا ایرادات دیگر می تواند در انتخاب بهینه راه گشا باشد.
در اینجا نیز سیستم مطلوب از نظر ما می تواند مشخصاتی نظیر طرز کار آسان , مصرف انرژی کم , قابلیت اطمینان بالا , ارزان بودن تنوع در بحث ادوات و تجهیزات جانبی و... را داشته باشد .
با بررسی و ملاحظه قابلیت های مینی کامپیوترها از جمله کارایی بالا شبیه کامپیوترهای معمولی حجم و اندازه بسیار کم مصرف انرژی بسیار پایین کارایی خوب در میابیم که استفاده از پلتفرمهای آماده مینی کامپیوتر می توانند یکی از بهترین گزینه ها برای نیل به این هدف باشد.
البته استفاده از سنسورهای مختلف و تگ های RFID به منظور جمع آوری اطلاعات مورد نیاز و استفاده از عملگرهای مختلف مثل موتورها و رله ها برای عملی کردن طرح لازم و ضروری هستند.
ازجمله این پلتفرم ها می توان به بیگل بن , لت پاندا, 3 raspberry pi 2 Orange pi اشاره کرد.
برای آشنایی بیشتر بطور اختصار به قابلیت ها و مشخصات رزبری پای در اینجا می پردازیم. رزبری پای در سه مدل تا کنون عرضه شده که آخرین نسخه آن ورژن سه آن می باشد که در واقع کامل ترین نسخه نیز می باشد.
دارا بودن 4 پورت , 4 USB2 پورت 5 LANپورت 6 HDMI سوکت خروجی آنالوگ صوت و تصویر , سوکت خروجی برای اتصال , LCD پورت اتصال دوربین , WIFI و بلوتوث از امکانات رزبری پای3 می باشد. البته ورژن 1 و 2 این سیستم قابلیت های WIFI و بلوتوث را ندارند ام بصورت اختصاصی واحد PWM بصورت سخت افزاری روی آنها موجود است که در رزبری پای 3 این امکان فقط بصورت نرم افزاری در دسترس قرار گرفته است.
استفاده از میکرو کنترلر ARM11 با چهار هسته و سرعت 1,2 MHZ نیز قدرت بالا و امکانات وسیع این مینی کامپیوتر را نشان می دهد که در کنار حجم کم قیمت مناسب و مصرف انرژی پایین می تواند از گزینه های مناسب برای کار باشد. سیستم عامل در نظر گرفته شده برای رزبری پای نسخه خاصی از ویندوز10 به نام Win 10 core iot است. البته این تنها گزینه نیست و سیستم عامل اختصاصی به نام رزبین نیز موجود است که نسخه خاصی از لینوکس می باشد.
به دلیل سهولت کار با سیستم و امکان استفاده از محیط برنامه نویسی قدرت مندی همچون Python پروژه های زیادی در حوزه اینترنت اشیا توسط این سیتم انجام شده . البته مینی کامپیوتر در این طرح با تجیزات میانی مثل رله ها یا سنسورها و یا موتورها به وسایلی که قرار است کنترل شوند متصل می شود. و برای ارسال فرمان ما می توانیم از وسایل مختلفی مثل کامپیوتر یا کوشی موبایل و تبلت ها استفاده کنیم .
استفاده از پلتفرم رزبری پای به دلیل دارا بودن محسناتی که قبلا به آن اشاره شد و مخصوصا امکان استفاده از WIFI می تواند برای کنترل وسایل به صورت بیسیم در محیط بسیار مناسب باشد. در عین حال امکان اتصال توسط تلفن همراه به آن می تواند به استفاده آسان و کارایی بالای این طرح بیفزاید.
پیاده سازی:
یک توضیح اجمالی در خصوص نحوه برنامه نویسی و راه اندازی آن بدین صورت است که یک برنامه وب سرور در محیط لینوکس - رزبین - روی پلتفرم رزبری پای که از کتابخانه botlle استفاده میکند نصب می شود و توسط کدهای html نیز می توانیم محیط گرافیکی GUI برای ارتباط بهتر کاربر با برنامه ایجاد نماییم و همچنین با دستورات Java Script کدهای مربوطه به کنترل پایه های GPIO رزبری پای را تولید کنیم نحوه کار بدین صورت است که با ست کردن آدرس IP رزبری پای در برنامه وب سرور و فعال نمودن سرویس WIFI می توانیم توسط یک دستگاه کامپیوتر و راه اندازی محیط مرورگر آن آدرس IP رزبری پای را فراخوانی کنیم
