آموزش اینترنت اشیا از صفر تا صد (و مفاهیم و اصول اولیه)

با گسترش تراشه های ارزان قیمت کامپیوتر و اتصال به شبکه های بی سیم، امروزه همه اشیا به راحتی میتوانند به اینترنت متصل شده و جزئی از اینترنت اشیا شوند. در واقع اینترنت اشیا به همه دستگاه هایی گفته میشود که در سراسر جهان به اینترنت وصل میشوند و میتوانند داده ها را جمع آوری کرده و با دیگر اشیا به اشتراک بگذارند. اینترنت اشیا، دنیای اطراف ما را هوشمند‌تر و واکنش‌گراتر و جهان دیجیتال و فیزیکی را با یکدیگر ادغام می‌کند. در این مقاله همه چیز را درباره اینترنت اشیا را خواهیم گفت.

اینترنت اشیا چیست؟

اینترنت اشیا (Internet of Things) ، شامل همه اشیا، فرایندها و محیط هاست. به بیان دیگر اینترنت اشیا یعنی اتصال دستگاه‌های مختلف به یکدیگر از طریق اینترنت. این اتصال از طریق اینترنت امکان تعامل بین دستگاه ها و یا حتی انسان ها را فراهم میکند و حتی کنترل و مدیریت اشیا به راحتی صورت میگیرد.

تاریخچه اینترنت اشیا

کِوین اَشتون (Kevin Ashton)، یکی از بنیان گذاران مرکز شناسایی خودکار (Auto-ID) در دانشگاه MIT ایالات متحده، نخستین کسی بود که عبارت ” اینترنت اشیاء ” را در جلسه ای در شرکت پروکتر و گمبل (P&G) در سال 1999 بکار برد. ایده آن، ایجاد پیوند میان فناوری RFID و موضوع بسیار داغ ” اینترنت ” در زنجیره تامین شرکت پروکتر و گمبل بود.

اشتون نخستین کسی بود که عبارت اینترنت اشیاء را بیان کرد؛ اما ایده دستگاه های متصل از دهه 1970، تحت عناوین” اینترنت جاسازی شده ” و یا همان Embedded Internet و رایانش فراگیر (Pervasive Computing) مطرح بوده است.

در واقع اولین وسیله اینترنتی در دهه 80 ساخته شد و یک دستگاه نوشابه ساز در دانشگاه کارنگی ملون بود. در آن زمان، برنامه نویسان با استفاده از وب، می توانستند وضعیت دستگاه را از دور بررسی کنند و عملکرد آن را زیر نظر بگیرند. از سال 2010 مبحث اینترنت اشیا بیش از هر زمان دیگمورد توجه قرار گرفت.

اجزای اینترنت اشیا

1- حسگرها

حسگرها با اتصال به اینترنت داده ها را از محیط جمع آوری میکنند و در ادامه میتوانند در تصمیم گیری درست کمک کننده باشند. حسگر دما، حرکت، موقعیت، مجاورت، رطوبت، فشار، کیفیت هوا، نور و … همگی جزئی از اینترنت اشیا هستند.

2- اتصالات

اتصالات وظیفه مدیریت ساده جریان ترافیک داده‌ها بین پروتکل‌ها و شبکه‌ها را امکان‌پذیر می‌سازند. همچنین با ترجمه پروتکل ها از صحت اتصال دستگاه ها و حسگرها اطمینان حاصل میکند و پس از پیکربندی صحیح، سطح بعدی را تشکیل میدهد.

3- ابر

شرکت‌ها به وسیله اینترنت اشیا حجم انبوهی از داده‌ها را از تجهیزات و برنامه‌های کاربردی جمع آوری میکنند. ابر میتواند داده ها را جمع آوری، مدیریت و ذخیره سازی کند و این موضوع میتواند بر تصمیم گیری کل سیستم تاثیر گذار باشد.

4- تحلیل داده

داده‌های آنالوگ دستگاه‌ها و حسگرها به فرمتی تبدیل می‌شود که خواندن و تحلیل آن‌ها آسان است. همه این موارد به دلیل اکوسیستم اینترنت اشیائی امکان‌پذیر می‌شود که مدیریت را انجام می‌دهد و به بهبود سیستم کمک می‌کند. فاکتور اساسی که با تحلیل‌ها متاثر می‌شود، امنیت است. در واقع تحلیل داده ها در لحظه از بسیاری از خسارات و تصمیم گیری های اشتباه پیشگیری میکند.

5- رابط کاربری

رابط کاربری، بخش قابل مشاهده‌ای را فراهم می کند که توسط کاربر به سادگی قابل دسترسی است. برای توسعه‌دهندگان، ساخت یک رابط کاربرپسند که بدون تلاش اضافی قابل دسترسی باشد و به تعامل آسان کمک کند، بسیار حائز اهمیت است.

6- محرک‌ها (عملگرها)

سیستم پایگاه داده از ویژگی‌های خودکاری استفاده می‌کند که به مدیریت داده‌ها و انباشت آن‌ها کمک می‌کنند. از سوی دیگر، داده‌های گردآوری شده تحلیل می‌شوند و اطلاعات مفید از آن‌ها حاصل می‌شود. یک گام کلیدی و مهم برای هوشمندسازی مبتنی بر اینترنت اشیا آن است که امکان انجام تنظیمات خودکار توسط اشیای متصل انجام شود که این وظیفه بر عهده عملگرها است.

کاربردهای اینترنت اشیا (اینفوگرافی)

زبان های برنامه نویسی در اینترنت اشیا (نمودار)

آموزش کاملا رایگان همه زبانهای برنامه نویسی

مزایا و معایب اینترنت اشیا

مفاهیم اولیه مهم و آموزش ویدیویی اینترنت اشیا

۱. مفاهیم پایه‌ای اینترنت اشیا

• اینترنت اشیا چیست؟ (یادآوری) اینترنت اشیا به شبکه‌ای از دستگاه‌های متصل به اینترنت گفته می‌شود که می‌توانند داده‌ها را جمع‌آوری، پردازش و تبادل کنند. این دستگاه‌ها می‌توانند با یکدیگر و با کاربران تعامل داشته باشند.

• کاربردهای اینترنت اشیا:

  • خانه‌های هوشمند (مانند ترموستات‌های هوشمند، چراغ‌های هوشمند).

  • شهرهای هوشمند (مانند سیستم‌های مدیریت ترافیک، روشنایی هوشمند).

  • صنعت هوشمند (مانند مانیتورینگ تجهیزات، پیش‌بینی خرابی).

  • سلامت هوشمند (مانند دستگاه‌های پوشیدنی، نظارت بر بیماران).

۲. اجزای اصلی اینترنت اشیا

الف. دستگاه‌ها (Devices)

• سنسورها: برای جمع‌آوری داده‌های محیطی مانند دما، رطوبت و نور.

• اکچویتورها: برای انجام اقدامات فیزیکی مانند روشن کردن چراغ یا باز کردن درب.

ب. اتصال (Connectivity)

• پروتکل‌های ارتباطی:  Wi-Fi، Bluetooth، Zigbee، LoRaWAN.

• شبکه‌ها: شبکه‌های محلی (LAN)، شبکه‌های گسترده (WAN).

ج. پردازش ابری (Cloud Computing)

• ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها: داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط دستگاه‌ها به ابر ارسال می‌شوند و در آنجا پردازش و تحلیل می‌شوند.

د. رابط کاربری (User Interface)

• اپلیکیشن‌های موبایل و وب: کاربران می‌توانند از طریق اپلیکیشن‌ها با دستگاه‌های IoT تعامل داشته باشند.

۳. پروتکل‌های ارتباطی در اینترنت اشیا

الف. MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)

• ویژگی‌ها: سبک‌وزن، مناسب برای دستگاه‌های با منابع محدود.

• کاربرد: انتقال داده‌ها بین دستگاه‌ها و سرور.

ب. HTTP/HTTPS

• پک حرفه ای 0 تا 100 کامپیوتر و اینترنت بدون کلاس، سرعت 2 برابر، ماندگاری 3 برابر، مهارت قرن 21، خرید و دانلود!

  ویژگی‌ها: مناسب برای انتقال داده‌ها در وب.

• کاربرد: ارتباط بین دستگاه‌ها و سرورهای ابری.

ج. CoAP (Constrained Application Protocol)

• ویژگی‌ها: سبک‌وزن، مناسب برای دستگاه‌های با منابع محدود.

• کاربرد: ارتباط بین دستگاه‌ها در شبکه‌های محدود.

۴. پلتفرم‌های اینترنت اشیا

الف. AWS IoT

• ویژگی‌ها: پلتفرم ابری آمازون برای مدیریت دستگاه‌های IoT.

• کاربرد: ذخیره‌سازی، پردازش و تحلیل داده‌های IoT.

ب. Google Cloud IoT

• ویژگی‌ها: پلتفرم ابری گوگل برای مدیریت دستگاه‌های IoT.

• کاربرد: یکپارچه‌سازی با سایر سرویس‌های گوگل کلود.

ج. Microsoft Azure IoT

• ویژگی‌ها: پلتفرم ابری مایکروسافت برای مدیریت دستگاه‌های IoT.

• کاربرد: تحلیل داده‌ها و یکپارچه‌سازی با سایر سرویس‌های Azure.

۵. ایجاد یک پروژه ساده اینترنت اشیا

الف. انتخاب سخت‌افزار

• بردهای توسعه:

Arduino، Raspberry Pi، ESP8266، ESP32.

• سنسورها:

  • سنسور دما و رطوبت (DHT11، DHT22).

  • سنسور نور (LDR).

ب. برنامه‌نویسی دستگاه

• استفاده از Arduino IDE: کدهای زیر را برای خواندن داده‌های سنسور DHT11 و ارسال آن‌ها به سرور وارد کنید:

  #include <DHT.h>
  #define DHTPIN 2
  #define DHTTYPE DHT11
  
  DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
  
  void setup() {
      Serial.begin(9600);
      dht.begin();
  }
  
  void loop() {
      float h = dht.readHumidity();
      float t = dht.readTemperature();
  
      if (isnan(h) || isnan(t)) {
          Serial.println("Failed to read from DHT sensor!");
          return;
      }
  
      Serial.print("Humidity: ");
      Serial.print(h);
      Serial.print(" %\t");
      Serial.print("Temperature: ");
      Serial.print(t);
      Serial.println(" *C");
  
      delay(2000);
  }

ج. ارسال داده‌ها به ابر

• استفاده از MQTT: داده‌های سنسور را با استفاده از پروتکل MQTT به یک سرور ابری ارسال کنید. مثال: استفاده از کتابخانه PubSubClient در Arduino.

درس 1

درس 2

درس 3

درس 4

درس 5

درس 6

حتما دانلود کنید: آموزش هوش مصنوعی با 15 درس رایگان +جزوه PDF

سوالات متداول

1- اینترنت اشیا (IoT) چقدر بزرگ است؟

شرکت تحلیلگر فناوری IDC پیش بینی کرده است که در کل تا سال 2025 بیش از 41.6 میلیارد دستگاه IoT متصل وجود داشته باشد و این گستردگی در همه امرو از صنعتی و سیاسی گرفته تا روزمره گسترده خواهد شد.

2- آیا اینترنت اشیا امنیت کافی را دارد؟

IoT پلی بین دنیای دیجیتال و دنیای فیزیکی ایجاد می کند، به این معنی که هک شدن در دستگاه ها می تواند عواقب خطرناکی در دنیای واقعی داشته باشد و دولت های بسیار نگرانی های زیادی در رابطه با امنیت اینترنت اشیا دارند.

3- آینده اینترنت اشیا چیست؟

با کاهش قیمت حسگرها و ارتباطات، افزودن دستگاه‌های جدید به اینترنت اشیا، مقرون به صرفه‌تر است؛ حتی اگر در برخی موارد، مزایای کمی مشهود باشد. استقرار اینترنت اشیا در اغلب موارد در گام‌های اولیه است. اغلب شرکت‌ها حوزه اینترنت اشیا در حال حاضر در «گام آزمایشی» (Trial Stage) به سر می‌برند، زیرا فناوری‌های لازم، برای آن‌ها شامل فناوری حسگر، اتصالات 5G و تحلیل‌های قدرت گرفته از اینترنت اشیا، خودشان همچنان در مراحل آزمایشی به سر می‌برند. این امر نشان‌گر بازار بکر این حوزه و اشباع نشدن آن و در عین حال، آینده درخشان و اقبال عمومی است که برای اینترنت اشیا وجود دارد.