برای یادگیری اینترنت اشیا از کجا شروع کنیم؟

سلام نو پلاس: اینترنت اشیا، 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.

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 ۱۹۹۹ بکار برد. ایده آن، ایجاد پیوند میان فناوری RFID و موضوع بسیار داغ ” اینترنت ” در زنجیره تامین شرکت پروکتر و گمبل بود.

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 ۵G 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.

برای یادگیری اینترنت اشیا از کجا شروع کنیم

حال برای شروع اینترنت اشیاء اولین قدمی که باید پشت سر بگذارید، فراگیری برنامه نویسی سخت افزار هاست، بله! شاید از این حرف تعجب کنید اما برنامه نویسی و کد نویسی تمام ماجرا نیست و در اصل شما باید برنامه ریزی سخت افزار ها را به طور کامل بیاموزید.

برای اینکه دلیل اصلی این قضیه را بهتر بفهمید، فرض کنید که می خواهید سنسور رطوبت سنج خود را به پلتفرم اینترنت اشیاء متصل کرده و از داده های بررسی شده توسط این سنسور استفاده کنید، برای انجام این کار شما به یک میکرو کنترلر و یا به عبارت دیگر، یک کامپیوتر خیلی کوچک نیاز دارید تا بتواند داده ها را تجزیه و تحلیل کرده و این ارتباط و پیوستگی را به وجود بیاورید.

حال برای شروع کار با اینترنت اشیاء و استفاده از این میکرو کنترلر شما اول باید بدانید که این میکرو کنترلر را چگونه برنامه ریزی کنید تا بر اساس خواسته های شما عمل کند.

در عکس زیر یکی از معروف ترین این میکرو کنترلر ها را می بینید که آردوینو اونو نام دارد. زبان مورد نیاز برای برنامه نویسی این کنترلر زبان «C» است، اما اگر دانشی از این زبان برنامه نویسی ندارید اصلاٌ نگران نباشید چراکه نرم افزار آردوینو به شما کمک می کند تا به راحتی این میکرو کنترلر را برنامه نویسی کنید.

قدم بعدی برای ورود به اینترنت اشیاء آپلود داده های بدست آمده در پلتفرم IOT است، در این مرحله شما همه اطلاعات و داده های خود را در یک سرور ابری ذخیره می کنید تا همیشه و همه جا بتوانید از آن استفاده کنید.

البته این قدم از آن جا که مشکلات امنیتی زیادی هم به دنبال خود دارد، زیاد مورد توجه همگان قرار نمی گیرد، چراکه داده های ذخیره شده در این سرور های ابری، امکان دست کاری و یا سرقت را دارند و ممکن است در پی آن مشکلات زیادی برای افراد بوحود آید.

با طی این دو قدم، شما تقریباٌ تمامی اینترنت اشیاء را فرا گرفته اید و فقط تجربیات و آزادی عمل بیشتری نیاز دارید تا وارد مرحله سوم شوید.

در این مرحله، با فرض بر این که شما کار با آردوینو را به کلی فرا گرفته اید و با آپلود کردن این دیتا ها هم آشنایی دارید، نوبت به یادگیری ابزار بعدی اینترنت اشیاء، یعنی رزبری پای(raspberry pi) می رسد.

این برد بر خلاف آردوینو که صرفاٌ یک میکرو کنترلر بود، یک کامپیوتر کوچک است و با این که هردو تقریباٌ یک اندازه را دارند، رزبری پای بسیار پیشرفته تر و قدرتمند تر است.

در این برد ماژول های وای فای و بلوتوث وو پورت های لن و یو اس بی قرار دارند که آزادی عمل بسیاری را برای ما به ارمغان می آورند و از طرفی شما توانایی کنترل سیستم عامل هایی مانند لینوکس و حتی بعضی ویرایش های ویندوز ۱۰ را هم دارید.

آموزش اینترنت اشیا با آردوینو

Adafruit IO یک پلتفرم وب رایگان اینترنت اشیا است که توسط Adafruit Industries ساخته شده است. این به عنوان یک کنترل پنل برای انواع دستگاه ها از جمله سنسورهای ساخته شده با پلت فرم آردوینو عمل می کند. این نه تنها برای تجسم داده ها بلکه برای کنترل دستگاه نیز طراحی شده است. با Adafruit IO، می توانید از نمودارها برای نمایش داده های خود و همچنین دکمه ها و سوئیچ ها برای فعال کردن ویژگی های خاص در دستگاه خود استفاده کنید. Adafruit IO دارای کتابخانه های مستند شده ای است که می توانید از آنها برای کاهش ساعات برنامه نویسی استفاده کنید.

در واقع آردوینو یک سیستم اپن سورس می باشد ، که از آن در سخت افزار ها و نرم افزار های قابل فهم استفاده می شود . ورودی های الکترونیکی ، فیزیکی و مکانیکی توسط برد های آردینو تفسیر می شوند ، سپس برد ها توسط دستورالعمل ها این ورودی ها را به ریزپردازنده ها ارسال می نمایند . درنهایت ورودی ها توسط برد های آردوینو به خروجی تبدیل خواهند شد .

یکی از مزایای مهم برد های آردوینو مصرف کم انرژی می باشد ، چراکه در اینترنت اشیا به دلیل ارسال پیوسته اطلاعات ممکن است میزان انرژی مصرفی بالا برود ، که این مسئله باعث ایجاد نگرانی کاربران می شود .

افرادی که قبلا با استفاده از ابزار های قبلی آردوینو در زمینه اینترنت اشیا کار کرده اند ، به راحتی می توانند با برد Arduino MKR۱۰۰۰ کار کنند ، زیرا این برد با برد های Wi-Fi Shield و Arduino Zero دارای سازگاری می باشد .

کمپانی آردوینو گفته است که ، برد های آردوینو با هدف آسان تر شدن کدنویسی و توسعه سخت افزاری ساخته شده اند ، به همین جهت توسعه دهندگان بدون نیاز به اطلاعات فنی بالا در شبکه ، می توانند از برد های آردوینو جهت راه اندازی یک سیستم اینترنت اشیا استفاده نمایند .

آموزش اینترنت اشیا با پایتون

پایتون یک زبان رایگان و متن‌باز است و همین امر موجب می‌شود تا کاربران بتوانند به سادگی از آن در پروژه‌های گوناگون تجاری و غیر تجاری اینترنت اشیا استفاده کنند. از سوی دیگر، متن‌باز بودن این زبان موجب شده تا جامعه کاربری بسیار بزرگ و قدرتمندی داشته باشد که نه تنها می‌توانند مشکلات و پرسش‌های یکدیگر را در زمینه‌های مختلف به سرعت پاسخگو باشند و حل کنند، بلکه کتابخانه های متعددی را برای این زبان در زمینه‌های گوناگون از جمله اینترنت اشیا توسعه می‌دهند. تعداد زیاد کتابخانه‌های موجود برای این زبان کمک می‌کند تا کاربر بتواند با کمترین تعداد خطوط کد و با بیشترین سرعت، کار خود را به پیش ببرد.

اینترنت اشیا به خودی خود مبحث پیچیده‌ای محسوب می‌شود. در صورت استفاده از یک زبان برنامه‌نویسی پیچیده با ساختار و نحو غیر شفاف و خوانایی کم، این مشکل بیش از پیش برجسته می‌شود. زبان پایتون ساده است و به راحتی می‌توان کار توسعه و استقرار نرم‌افزار را با استفاده از آن انجام داد. کدهای نوشته شده به زبان پایتون دارای خوانایی بالایی هستند. یادگیری پایتون آسان، استفاده از آن بسیار گسترده و پشتیبانی از آن مستحکم است.

پایتون انتخاب مناسبی برای مدیریت و سازمان‌دهی جریان‌های داده پیچیده است و این کار را بدون نیاز به نگهداری پایگاه‌های کد پیچیده انجام می‌دهد. نحو ساده پایتون آن را برای سازمان‌دهی پایگاه داده نیز مناسب می‌سازد. در صورتی که برنامه کاربردی نیاز به سازمان‌دهی داده‌ها در قالب پایگاه داده و یا استفاده از جدول‌ها داشته باشد، پایتون گزینه بسیار خوبی خواهد بود.

به طور کلی می‌توان گفت که زبان پایتون نحو بسیار ساده و ساختار شفافی دارد و همین ویژگی‌ها موجب شده است تا طی سال‌های اخیر، گوی سبقت را در بحث آموزش از جاوا برباید و به زبان اول در حوزه آموزش برنامه‌نویسی در جهان، مبدل شود. این مسئله به نوبه خود باعث شده است تا پایتون زبان مناسبی برای آموزش اینترنت اشیا هم باشد. بر خلاف زبان‌های سطح بالایی مانند جاوا یا C++‎، پایتون به طور خاص طراحی شده تا منطق کسب و کار را در سطح دستگاه پیاده‌سازی کند. با استفاده از این زبان برنامه‌نویسی، کاربر می‌تواند هر حجم داده‌ای را که با آن سر و کار دارد دستکاری و آن را از طریق ابر دسترسی‌پذیر کند.

کتاب آموزش اینترنت اشیا

Internet of Things – IoT

با توجه به اینکه بیشتر دستگاه ‌ها بوسیله اینترنت اشیا (Internet of Things – IoT) به یکدیگر و به شبکه اتصال می یابند، مطالعه و بررسی این کتاب یک نیازی ضروری به حساب می آید که فناوری ‌ها، کار با اینترنت و برنامه ‌های کاربردی که اینترن اشیا را یک واقعیت روزمره می ‌سازد، تشریح می کند.

این کتاب آموزشی با مبحثی در رابطه با اکوسیستم ‌های اینترنت اشیا و فناوری هایی که آنها را فعال می کند آغاز شده که ازجمله آنها می توان به شبکه های بی سیم، زیرساخت ‌ها و پروتکل‌ های کشف سرویس، ابزارها و تکنولوژی ‌های یکپارچه ‌سازی، کاربردها و تجزیه فعال ‌سازی پلتفرم ‌ها اشاره نمود. یک فصل این کتاب در رابطه با نسل بعدی ساختار های ابری است که به تاریخچه و برنامه ‌ها و پلتفرم ‌های اینترنت اشیا می پردازد. فصل دیگری وجود دارد که به استخراج تجزیه و تحلیل داده ها پرداخته و مجموعه ای از داده ‌های اینترنت اشیا (IOT)، ذخیره ‌سازی، ترجمه، پردازش زمان واقعی را مورد بررسی قرار می دهد. همینطور فصلی نیز محاسبات مه / لبه را پوشش می دهد.

قسمت دوم کتاب موارد مختلف بکارگیری اکوسیستم اینترنت اشیا مثل فرودگاه‌ های هوشمند، نحوه کار دستگاه ‌های موبایل، فناوری موبایل، گجت‌ های پوشیدنی،سنسورهای RFID را پوشش داده و بر روی الزامات و برنامه ‌های کاربردی و نقش‌ محاسبات ابری و همچنین تحلیل داده تمرکز داشته است. قابل ذکر است که در این کتاب اینترنت اشیا، خانه‌ های هوشمند، شهر های هوشمند و دولت ‌های هوشمند نیز بررسی شده اند.

Internet of Things with Python

کتاب اینترنت اشیا با پایتون (Internet of Things with Python) نوشته ی C Hillar Gastn مناسب افرادی می باشد که قصد دارند ابزارهای موجود در اکوسیستم پایتون را به منظور نوشتن برنامه‌ها و پروژه های IoT به کار برند. همچنین این کتاب یک منبع بسیار مفید برای توسعه دهندگان با تجربه در سایر زبان های برنامه نویسی است که می خواهند به راحتی برنامه های IoT را با برد Intel Galileo Gen ۲ نمونه سازی کنند.

با مطالعه و یادگیری مباحث مطرح شده در کتاب اینترنت اشیا با پایتون قادر خواهید بود:

• با استفاده از زبان برنامه نویسی پایتون، اینترنت اشیا را نمونه سازی و توسعه دهید.
• پروژه های IoT را با برد Intel Galileo Gen ۲ همراه با پایتون انجام دهید.
• با استفاده از پایتون و کتابخانه MRAA با اجزای مختلف موجود در بردها کار کنید.
• با حسگرها، محرک ها و سپرها تعامل داشته باشید.
• با UART و حافظه LAN کار کنید.
• با هر دستگاه الکترونیکی که از گذرگاه I۲C پشتیبانی می کند تعامل داشته باشید.
• به دستگاه های تلفن همراه اجازه دهید تا با برد تعامل داشته باشند.
• با اینترنت اشیا و خدمات ابری بلادرنگ کار کنید.
• اطلاعات کلان داده و تجزیه و تحلیل اینترنت اشیا را درک کنید.

در این کتاب برنامه نویسی مدولاسیون عرض پالس (PWM) در پایتون، نحوه خواندن، نوشتن و تبدیل مقادیر دیجیتال برای تولید خروجی آنالوگ را فرا خواهید گرفت. شما با سیستم ارتباطی پیچیده موجود در برد آشنا خواهید شد، بنابراین می توانید با سنسورها هم تعامل داشته باشید.

در نهایت، شما نه تنها نحوه کار با داده های دریافتی از سنسورها را خواهید دید، بلکه با ارسال آنها اقداماتی را نیز انجام خواهید داد. با ادغام تنظیمات WIFI، بلوتوث و اینترنت، می‌توانید دستگاه IoT خود را به تمام دنیا متصل کنید. راه اندازی پروتکل MQTT در پایتون به صورت بلادرنگ روی دستگاه اینترنت اشیا از موارد دیگری هست که شما فرا خواهید گرفت. با بررسی مباحث این کتاب قادر خواهید بود تا نمونه‌های اولیه اینترنت اشیا را با پایتون، کتابخانه‌ها و ابزار توسعه دهید.