اینترنت اشیا چیست و چه کاربردی دارد؟

اینترنت اشیا یا IoT (Internet of Things) به شبکه‌ای از دستگاه‌های فیزیکی گفته می‌شود که اطلاعات محیط اطرافشان را دریافت می‌کنند، از طریق شبکه می‌فرستند و در بسیاری از موارد بر اساس همان داده‌ها واکنش نشان می‌دهند. این دستگاه‌ها می‌توانند یک سنسور کوچک دما، تجهیزات صنعتی، خودرو، سیستم آبیاری یا دستگاه پزشکی باشند.

تفاوت یک دستگاه IoT با وسیلهٔ الکترونیکی معمولی در ارتباط آن با نرم‌افزار و داده است. دماسنج ساده فقط دما را نشان می‌دهد، اما دماسنج متصل می‌تواند دما را به سرور بفرستد، داده را برای روزها یا ماه‌ها ذخیره کند، نمودار بسازد و اگر مقدار از محدودهٔ مشخصی خارج شد هشدار بدهد. این اتصال بین دنیای فیزیکی و نرم‌افزار، پایهٔ اینترنت اشیاست.

یک سیستم IoT معمولاً چند بخش دارد. سنسورها دما، رطوبت، فشار، مصرف انرژی، موقعیت یا لرزش را اندازه می‌گیرند. بعد دستگاه یا کنترلری مانند ESP32 داده را دریافت و پردازش می‌کند. داده از طریق Wi-Fi، شبکهٔ موبایل، Ethernet، LoRa یا روش‌های دیگر به Cloud می‌رسد و در نهایت در Dashboard، اپلیکیشن یا سیستم نرم‌افزاری نمایش داده می‌شود.

مسیر سادهٔ یک سیستم اینترنت اشیا معمولاً چنین است:

Sensor، Device، Network، Cloud و Application

ارزش IoT فقط در نمایش داده نیست. سیستم می‌تواند بر اساس اطلاعات دریافتی تصمیم بگیرد یا کاری انجام دهد. اگر دمای سردخانه از محدودهٔ مجاز خارج شود، هشدار ارسال می‌شود. اگر رطوبت خاک کم شود، سیستم آبیاری می‌تواند پمپ را فعال کند. در کارخانه هم تغییر غیرعادی لرزش موتور ممکن است نشانهٔ اولیهٔ خرابی باشد و پیش از توقف کامل دستگاه به تیم فنی خبر دهد.

اینترنت اشیا در زندگی روزمره

خانهٔ هوشمند یکی از آشناترین کاربردهای IoT است. سیستم روشنایی، تهویه، قفل در، سنسورهای امنیتی و تجهیزات دیگر می‌توانند به یک شبکه وصل شوند و از طریق اپلیکیشن یا Automation کنترل شوند.

هدف فقط روشن و خاموش کردن چراغ از راه دور نیست. برای مثال، سیستم می‌تواند هنگام خروج کاربر چراغ‌ها و تهویه را خاموش کند، هنگام ورود دمای محیط را تنظیم کند و با تشخیص حرکت غیرعادی هشدار امنیتی بفرستد. چند دستگاه مستقل، در این حالت، با هم یک سیستم را تشکیل می‌دهند.

اینترنت اشیا در صنعت

در محیط‌های صنعتی، تجهیزات کارخانه می‌توانند به سنسورهای مختلف مجهز شوند و داده‌هایی مانند دما، لرزش، مصرف انرژی، فشار یا ساعات کارکرد را پیوسته بفرستند.

این داده‌ها به مدیران و تیم‌های فنی کمک می‌کنند وضعیت تجهیزات را بدون حضور دائم در محل بررسی کنند. تحلیل داده می‌تواند تغییرات غیرعادی را زودتر نشان دهد. این روش پایهٔ بسیاری از سیستم‌های Predictive Maintenance یا نگهداری پیش‌بینانه است: به‌جای اینکه منتظر خرابی بمانیم، نشانه‌های خرابی را پیش از وقوع پیدا می‌کنیم.

در کارخانه‌هایی با تجهیزات زیاد، چنین دیدی می‌تواند زمان توقف تولید، هزینهٔ تعمیرات و نیاز به بازدید دستی را کاهش دهد.

کشاورزی هوشمند

سنسورهای رطوبت خاک، دما و شرایط محیطی می‌توانند وضعیت مزرعه یا گلخانه را پیوسته اندازه بگیرند.

در این مدل، آبیاری بر اساس وضعیت واقعی خاک انجام می‌شود، نه فقط یک برنامهٔ زمانی ثابت. اگر خاک هنوز رطوبت کافی داشته باشد، آبیاری انجام نمی‌شود. وقتی رطوبت به زیر مقدار مشخصی برسد، پمپ فعال می‌شود.

در گلخانه هم می‌توان دما، رطوبت، نور و وضعیت تجهیزات را از راه دور دید و تهویه یا آبیاری را خودکار کنترل کرد.

زنجیرهٔ سرد و مانیتورینگ دما

در صنایع غذایی، دارویی و آزمایشگاهی، دما باید در محدودهٔ مشخصی بماند. چند ساعت تغییر دما می‌تواند به محصول آسیب بزند.

سیستم IoT دما را پیوسته اندازه می‌گیرد و ذخیره می‌کند. اگر مقدار از محدودهٔ تعریف‌شده خارج شود، هشدار ایجاد می‌کند. مدیر علاوه بر مقدار فعلی، تاریخچهٔ دما را هم می‌بیند و می‌تواند بررسی کند شرایط چه زمانی و برای چه مدتی از محدودهٔ استاندارد خارج بوده است.

مانیتورینگ انرژی

تجهیزات متصل می‌توانند مصرف برق، آب یا منابع دیگر را در بخش‌های مختلف ساختمان یا مجموعهٔ صنعتی ثبت کنند.

با این داده‌ها، الگوهای مصرف و نقاط پرمصرف مشخص می‌شوند. بعضی سیستم‌ها می‌توانند تجهیزات را بر اساس ساعات کاری، میزان مصرف یا شرایط محیطی خودکار کنترل کنند.

در چنین کاربردی، IoT فقط ابزار مانیتورینگ نیست و به تصمیم‌گیری بهتر هم کمک می‌کند.

بخش سخت ماجرا با زیاد شدن دستگاه‌ها شروع می‌شود

ساخت نمونهٔ اولیهٔ IoT معمولاً ساده است. یک برد مانند ESP32، یک سنسور و چند خط کد برای شروع کافی است. دستگاه به اینترنت وصل می‌شود و داده را به یک API می‌فرستد.

اما وقتی نمونهٔ اولیه به محصول تبدیل می‌شود، معماری تغییر می‌کند. ممکن است ده‌ها یا هزاران دستگاه در نقاط مختلف نصب شده باشند. هر دستگاه باید قابل شناسایی باشد، وضعیت اتصالش مشخص باشد، داده‌هایش ذخیره شود و فقط کاربران مجاز به آن دسترسی داشته باشند.

در این مرحله، مدیریت دستگاه‌ها، ذخیرهٔ داده‌های زمانی، Dashboard، Automation، احراز هویت، مانیتورینگ و به‌روزرسانی Firmware اهمیت پیدا می‌کنند.

ساخت این بخش‌ها از ابتدا ممکن است، اما تیم توسعه را درگیر زیرساختی می‌کند که در بسیاری از محصولات IoT شبیه هم است.

فلووا چه نقشی در این مسیر دارد؟

فلووا برای همین بخش از مسیر ساخته شده است تا تیم‌های سخت‌افزار و نرم‌افزار مجبور نباشند Cloud هر محصول IoT را از ابتدا طراحی کنند.

دستگاه می‌تواند داده‌هایش را به فلووا بفرستد و این داده‌ها در قالب Datastreamهای مشخص مدیریت شوند. اگر چند مدل دستگاه ساختار مشابهی داشته باشند، می‌توان از Device Template برای تعریف ساختار مشترک استفاده کرد و دستگاه‌های واقعی را بر اساس همان Template ساخت.

داده‌های دریافتی در Dashboard نمایش داده می‌شوند و وضعیت دستگاه‌ها از یک محیط مرکزی قابل مشاهده است. Automationها هم می‌توانند بر اساس داده و شرایط مختلف اجرا شوند. افزایش دما، قطع ارتباط دستگاه یا تغییر یک مقدار می‌تواند اجرای یک Action را به دنبال داشته باشد.

مدیریت Firmware بخش دیگری از محصول واقعی است. وقتی تعداد دستگاه‌ها زیاد می‌شود، به‌روزرسانی دستی عملی نیست. OTA به‌روزرسانی Firmware را از راه دور ممکن می‌کند و مدیریت نسخه‌ها را ساده‌تر می‌سازد.

در یک معماری معمول، Flova میان Device و Application قرار می‌گیرد و بخش بزرگی از زیرساخت را مدیریت می‌کند:

Device، Flova، Data، Dashboard، Automation و API

این ساختار به تیم محصول اجازه می‌دهد زمان بیشتری برای سخت‌افزار، Firmware و تجربهٔ اصلی محصول بگذارد، نه اینکه بخش بزرگی از پروژه را صرف ساخت سرویس‌های زیرساختی کند.

از یک پروژهٔ کوچک تا یک محصول واقعی

می‌توان با یک سنسور ساده شروع کرد، اما همان معماری ممکن است بعداً به صدها یا هزاران دستگاه گسترش پیدا کند.

برای این مسیر، از ابتدا باید تفاوت Prototype و Product را در نظر گرفت. چیزی که برای یک دستگاه روی میز کار می‌کند، لزوماً برای هزار دستگاه در نقاط مختلف مناسب نیست.

زیرساخت IoT باید همراه محصول رشد کند و مدیریت دستگاه‌ها، داده و ارتباطات را بدون پیچیدگی اضافی ساده نگه دارد. در همین نقطه، اینترنت اشیا از یک پروژهٔ الکترونیکی کوچک به یک محصول واقعی تبدیل می‌شود.