ما هو المستشعر الذكي؟

المستشعر الذكي هو جهاز يأخذ المدخلات من البيئة المادية ويستخدم موارد حسابية مدمجة لأداء وظائف محددة مسبقًا عند اكتشاف مدخلات محددة ثم معالجة البيانات قبل تمريرها.

تتيح أجهزة الاستشعار الذكية جمعًا أكثر دقة وأتوماتيكًا للبيانات البيئية مع تقليل نسبة الخطأ في المعلومات المسجلة بدقة. وتستخدم هذه الأجهزة لآليات المراقبة والتحكم في مجموعة متنوعة من البيئات، بما في ذلك الشبكات الذكية واستطلاع ساحة المعركة والاستكشاف والعديد من التطبيقات العلمية.

يعد المستشعر الذكي أيضًا عنصرًا حاسمًا ومتكاملًا في إنترنت الأشياء. تتيح تقنية إنترنت الأشياء إمكانية توفير معرف فريد لأي شيء تقريبًا ونقل البيانات من تلك الأشياء أو عنها عبر الإنترنت أو شبكة استشعار مماثلة. أحد تطبيقات أجهزة الاستشعار الذكية هو كمكونات أ شبكة الاستشعار اللاسلكية والمحرك، والتي يمكن أن تحتوي على آلاف العقد. ترتبط كل عقدة بواحد أو أكثر من أجهزة الاستشعار ومحاور الاستشعار الأخرى بالإضافة إلى المحركات الفردية.

عادةً ما توفر المعالجات الدقيقة المتنقلة منخفضة الطاقة موارد حسابية في بيئات إنترنت الأشياء. كحد أدنى، يتكون المستشعر الذكي من مستشعر ومعالج دقيق وتكنولوجيا اتصال لاسلكية من نوع ما. يجب أن تكون موارد الحوسبة جزءًا لا يتجزأ من التصميم المادي. لا يعتبر المستشعر الذي يرسل بياناته فقط للمعالجة عن بعد مستشعرًا ذكيًا.

قد يشتمل المستشعر الذكي أيضًا على عدة مكونات أخرى إلى جانب المستشعر الأساسي. يمكن أن تشمل هذه المكونات محولات، مكبرات الصوت، التحكم في الإثارة، المرشحات التناظرية، المحولات التناظرية إلى الرقميةوالتعويض الذي يوفر تصحيحًا مضمنًا للقياسات أو المخرجات الأقل من المثالية. يشتمل المستشعر الذكي أيضًا على عناصر محددة بواسطة البرنامج توفر وظائف مثل تحويل البياناتوالمعالجة الرقمية والاتصال بالأجهزة الخارجية.

كيف تعمل أجهزة الاستشعار الذكية؟

يقوم المستشعر الذكي بتوصيل مستشعر أساسي خام بموارد الحوسبة المتكاملة التي تمكن من معالجة مدخلات المستشعر. المستشعر الأساسي هو المكون الذي يوفر إمكانية الاستشعار. وقد تكون مصممة لاستشعار الحرارة أو الضوء أو الضغط. في كثير من الأحيان، سينتج المستشعر الأساسي إشارة تناظرية من خوارزمية التطبيق التي يجب معالجتها قبل استخدامها. وتسمى هذه العملية أيضًا معالجة الإشارات.

عند هذه النقطة، يأتي دور التكنولوجيا المتكاملة للمستشعر الذكي. في معالجة الإشارات، يستخدم المعالج الدقيق الموجود على اللوحة تقنية تسمى التصفية إزالة ضجيج الإشارة وتحويل إشارة المستشعر إلى تنسيق رقمي قابل للاستخدام.

تحتوي تقنية الاستشعار الذكية أيضًا على إمكانات اتصالات متكاملة تتيح لهم الاتصال ببيئة الحوسبة السحابية الخاصة أو الإنترنت. وهذا يتيح لهم التواصل مع الأجهزة الخارجية.

ما هي أجهزة الاستشعار الذكية المستخدمة ل؟

أجهزة الاستشعار الذكية لها العديد من الاستخدامات. توجد بشكل شائع في البيئات الصناعية وهي القوة الدافعة وراء ذلك صناعة 4.0 والأتمتة الصناعية والروبوتات وغيرها من الأجهزة المتقدمة.

غالبًا ما تستخدم المصانع أجهزة استشعار ذكية لأغراض التشخيص. تعمل أجهزة استشعار درجة الحرارة الذكية على ضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الآلات، كما تقوم أجهزة استشعار الاهتزاز بمراقبة الآلات المعرضة لخطر الاهتزاز. تعمل المستشعرات الذكية أيضًا على تمكين التحكم في العملية، مثل مراقبة عملية التصنيع وإجراء التعديلات اللازمة حتى تتمكن من تلبية أهداف الجودة أو الإنتاج. كانت هذه عمليات يدوية في السابق، لكن أجهزة الاستشعار الذكية قامت بأتمتة هذه العمليات.

تلعب أجهزة الاستشعار الذكية أيضًا دورًا رئيسيًا في تطوير أنظمة الأمان الحديثة. تكتشف أجهزة استشعار التصوير الحراري حرارة جسم الدخيل. وبالمثل، فإن الأجهزة مثل الأقفال الذكيةعادةً ما تكون أجهزة استشعار الحركة وأجهزة استشعار النوافذ والأبواب متصلة بشبكة مشتركة. يتيح ذلك لأجهزة استشعار الأمان العمل معًا لإنشاء صورة شاملة لحالة الأمان الحالية. يتم استخدامها بشكل متكرر في المنازل والتطبيقات الصناعية للكشف عن التسريبات المختلفة.

[المحتوى جزءا لا يتجزأ]

ما هي أنواع أجهزة الاستشعار الذكية؟

هناك أنواع عديدة من أجهزة الاستشعار ذات الأغراض الخاصة قيد الاستخدام. يتم استخدام خمسة أنواع رئيسية من أجهزة الاستشعار الذكية بشكل شائع في إنترنت الأشياء الصناعي البيئات:

• أجهزة استشعار المستوى. وتستخدم هذه لقياس حجم المساحة التي تشغلها الحاوية. قد يكون مقياس الوقود في السيارة متصلاً بجهاز استشعار المستوى الذي يراقب مستوى الوقود في الخزان.
• أجهزة استشعار درجة الحرارة. تقوم هذه الأجهزة بمراقبة درجة حرارة أحد المكونات بحيث يمكن اتخاذ إجراء تصحيحي في حالة ارتفاع درجة الحرارة أو انخفاضها للغاية. على سبيل المثال، في البيئة الصناعية، يتم استخدام مستشعر درجة الحرارة لضمان عدم ارتفاع درجة حرارة الآلات.
• أجهزة استشعار الضغط. وتستخدم هذه لمراقبة ضغط الغازات أو السوائل في خط الأنابيب. قد يشير الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى وجود تسرب أو مشكلة في نظام التحكم في التدفق.
• أجهزة استشعار بالأشعة تحت الحمراء. يتم استخدامها في كاميرات التصوير الحراري وتستخدم موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء غير المتصلة لمراقبة درجة الحرارة. أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء الأخرى هي أجهزة استشعار بصرية مضبوطة على تردد يساعدها على رؤية الضوء في الفضاء طيف الأشعة تحت الحمراء. تُستخدم هذه المستشعرات في المعدات الطبية، مثل أجهزة قياس التأكسج النبضي، وفي الأجهزة الإلكترونية المصممة لتشغيل التحكم عن بعد.
• أجهزة استشعار القرب. تُستخدم هذه للكشف عن موقع شخص أو كائن بالنسبة للمستشعر. في بيئات البيع بالتجزئة، يمكن لأجهزة استشعار القرب تتبع تحركات العملاء في جميع أنحاء المتجر.

ويمكن لأجهزة الاستشعار الذكية الأخرى مراقبة استهلاك الطاقة الكهربائية؛ والاهتزاز، كما هو الحال في معدات المصانع؛ رطوبة؛ رُطُوبَة؛ وضوء.

ما هي مميزات وعيوب أجهزة الاستشعار الذكية؟

تتمتع أجهزة الاستشعار الذكية بمجموعة من الفوائد، ولكنها تواجه أيضًا تحديات وعيوب.

مميزات المستشعر الذكي

تكون مزايا أجهزة الاستشعار الذكية أكثر وضوحًا عند استخدامها لجمع البيانات في مواقع بسيطة أو نائية. تعتمد المزايا التالية على نشر نوع المستشعر المناسب حيث تشتد الحاجة إليه:

• كفاءة الطاقة والاستدامة. يمكن برمجة المستشعر الذكي ليكون حساسًا للغاية أو متقبلًا حتى للتغيرات الطفيفة في الظروف المحيطة، مثل درجة الحرارة أو الرطوبة أو الرطوبة أو الصوتيات. توفر هذه القياسات الدقيقة والموثوقة مستوىً من المراقبة والبيانات التي يمكن أن يساهم جمعها في كفاءة استخدام الطاقة جهود الاستدامة.
• الوصول إلى البيانات في البيئات الصعبة. يمكن لأجهزة الاستشعار الذكية جمع البيانات في الأماكن النائية حيث يكون من الصعب أو الخطير على الناس الذهاب إليها. تعتبر أجهزة الاستشعار الذكية اللاسلكية التي يتم تشغيلها عن بعد مفيدة بشكل خاص في البيئات الصعبة.
• أداء عالي. يمكن لأجهزة الاستشعار الذكية جمع البيانات بشكل متسق وسريع عند الحاجة إلى بيانات في الوقت الفعلي.
• التحليلات والمعالجة المضمنة. على عكس أجهزة الاستشعار التقليدية، تتميز أجهزة الاستشعار الذكية ببعض التحليلات المضمنة وقدرات المعالجة للإشارات والبيانات التي تتلقاها، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة لأنها تتطلب أدوات أو موارد تحليلية أقل.

عيوب الحساس الذكي

لقد قام مطورو أجهزة الاستشعار الذكية باستمرار بترقية عروضهم لمعالجة العيوب القديمة وسيستمرون في القيام بذلك في المستقبل. ومع ذلك، قد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل معالجة العيوب الحالية لهذه الأجهزة:

• القابلية للتلطيف والقرصنة. الجهات الخبيثة، وخاصة أولئك الذين يتطلعون إلى الوصول إلى البيانات المجمعة المخصصة للاستخدام الخاص، يمكنهم القيام بذلك إذا كانت تدابير الأمن السيبراني للجهاز غير كافية.
• التكاليف. العديد من الأجهزة باهظة التكلفة، ومن المحتمل أيضًا أن تكون تكلفة الصيانة الإضافية التي ستكون مطلوبة بمرور الوقت باهظة الثمن.
• اعمال صيانة. تتطلب المستشعرات في مرحلة ما إعادة معايرة أو ترقيات بسبب ذلك زمن انتقال البيانات أو غيرها من القضايا. قد يكون من الصعب والمكلف الوصول إلى الأشخاص الموجودين في أماكن نائية أو بيئات مليئة بالتحديات.
• الخبرة. قد تتطلب أنظمة الاستشعار الذكية مستويات من الخبرة في مجال تكنولوجيا المعلومات لا تتمتع بها جميع المؤسسات. قد تكون هناك حاجة إلى تعيينات جديدة أو التدريب.
• تلبية متطلبات عمليات نشر إنترنت الأشياء. سواء كان ذلك في منزل ذكي أو في بيئة صناعية، يجب أخذ عوامل أخرى في الاعتبار قبل نشر أجهزة إنترنت الأشياء، مثل استهلاك الطاقة المطلوب، والحاجة إلى اتصال مستقر عبر الإنترنت والقدرة على التعامل مع كميات أكبر من البيانات.

كيف تختلف المستشعرات الذكية عن المستشعرات الأساسية؟

تشتمل المستشعرات الذكية على معالج الحركة الرقمية (DMP) المدمج، بينما تشتمل المستشعرات الأساسية على معالج الحركة الرقمية (DMP). لا تشمل واحدة. DMP هو معالج دقيق مدمج في المستشعر. فهو يتيح للمستشعر إجراء المعالجة على متن الطائرة بيانات الاستشعار. قد يعني هذا تطبيع البيانات، أو تصفية الضوضاء من الإشارات الكهربائية، أو إجراء أنواع أخرى من تكييف الإشارة. على أية حال، يقوم المستشعر الذكي بإجراء معالجة رقمية لتحويل البيانات قبل أي اتصال بالأجهزة الخارجية.

المستشعر الأساسي هو ببساطة مستشعر غير مزود بـ DMP أو موارد حسابية أخرى تسمح له بمعالجة البيانات. في حين أن المستشعر الذكي ينتج مخرجات جاهزة للاستخدام، فإن مخرجات المستشعر الأساسي تكون أولية ويجب تحويلها عادةً إلى تنسيق قابل للاستخدام.

تُفضل المستشعرات الذكية عمومًا على المستشعرات الأساسية لأنها تتضمن إمكانات معالجة أصلية. ومع ذلك، هناك حالات قد يكون فيها استخدام المستشعر الأساسي أكثر فائدة. إذا كان المهندس يقوم بتصميم جهاز ويحتاج إلى التحكم الكامل في مدخلات المستشعر، فسيكون المستشعر الأساسي هو الأفضل. كما أن تكلفة المستشعرات الأساسية أقل من المستشعرات الذكية لأنها تحتوي على مكونات أقل.

على الرغم من أن أجهزة الاستشعار الذكية ترتبط في أغلب الأحيان بالمعدات الصناعية، إلا أن إنترنت الأشياء لا يمكن أن يوجد بدونها. تعرف على المزيد حول استخدامات وفوائد أجهزة الاستشعار الذكية لإنترنت الأشياء.