Internet Rzeczy w ostatnich pięciu latach coraz częściej pojawia się w świadomości publicznej. Najczęściej postrzega się go jako kolejny logiczny krok po automatyzacji domu, która zyskała ogromną popularność. Dopiero zaczynamy rozumieć zastosowania Internetu Rzeczy, ponieważ łączność, którą zakłada, ma potencjał zmienić niemal wszystko, co robimy. Połączenie z naszym domem to jedno, ale połączenie z miejscem po drugiej stronie świata to zupełnie co innego. To rodzi pytania o to, co można zrobić poza samą kontrolą siłowników liniowych i innych narzędzi.
Czym jest Internet Rzeczy?
Historia Internetu Rzeczy sięga w rzeczywistości kilku dekad. Jedynym powodem, dla którego dopiero teraz trafia do powszechnej świadomości, były ograniczenia technologiczne tamtych czasów. Teraz, gdy nasza technologia osiągnęła poziom, na którym takie rzeczy są wykonalne, Internet Rzeczy ma szansę stać się kolejnym wielkim skokiem. Badacze uważają, że połączenia między wszystkimi naszymi urządzeniami umożliwią szybszą i swobodniejszą wymianę informacji. Dzięki temu będziemy stale bardziej połączeni i w kontakcie ze sobą oraz z naszymi domami. Początkowe zastosowania pojawiły się w obszarze automatyzacji domowej.
Automatyzacja we współczesnym świecie wiedzie prym. Początkowo wykorzystywana w zakładach i fabrykach, aby odciążyć ludzi od fizycznie wymagających i powtarzalnych zadań, z czasem urządzenia automatyczne i koboty wyszły poza hale produkcyjne i rozprzestrzeniły się na wiele dziedzin. Doceniając wygodę i komfort, jakie zapewniają ci niestrudzeni, cisi asystenci, zaprosiliśmy ich do naszych domów, gdzie zaczęli usprawniać codzienne obowiązki i formy spędzania wolnego czasu. Rozmaite gadżety zalały nasze kuchnie i sypialnie, pokoje wypoczynkowe i garaże, zamieniając je w zaawansowane technologicznie przestrzenie, w których można się odprężyć i pozwolić technologiom spełniać nasze zachcianki.
Kolejnym logicznym krokiem na drodze do pełnej automatyzacji naszego otoczenia jest połączenie wszystkich urządzeń, aby współpracowały, zamiast działać każde w odosobnieniu. Ten krok został wykonany wraz z pojawieniem się IoT – Internetu Rzeczy.
IoT i siłowniki
Siłowniki liniowe są tak ważne dla Internetu Rzeczy, ponieważ stanowią integralną część wielu różnych urządzeń – zarówno domowych, jak i przemysłowych. Dobrym przykładem są systemy bezpieczeństwa. Ponieważ siłowniki liniowe są używane w wielu systemach do rozszerzania zasięgu i pola pracy kamery, Internet Rzeczy może wykorzystywać je na różne sposoby. Przykładowo, gdy czujniki systemu wykryją zdarzenie, IoT może zostać wyzwolony do przesłania informacji z systemu zabezpieczeń na urządzenie mobilne. Pozostając przy tej analogii, siłownikami w systemie IoT można także sterować: po wykryciu potencjalnego problemu IoT może przejąć kontrolę nad siłownikami i obrócić kamerę, aby lepiej zobaczyć, co się dzieje.
Bez siłowników Internet Rzeczy nie mógłby samodzielnie wprowadzać potrzebnych zmian, byłby więc zredukowany do samego sterowania i interakcji z różnymi urządzeniami. Internet Rzeczy jest zależny od elektrycznych siłowników, aby uzyskać ruch. Siłowniki są też dobrym sposobem rozwijania IoT samego w sobie, ponieważ umożliwiają nam zdalne wprowadzanie zmian i wspierają komunikację na większe odległości.
Jak można sterować siłownikami przez IoT
Automatyzacją w Internecie Rzeczy można sterować za pomocą platform open source, takich jak Raspberry Pi lub Arduino. Choć Raspberry Pi jest bardziej podstawowy niż Arduino, to mały komputer, który można używać z różnymi peryferiami i przełącznikami in\out. Pozwala to osobie dysponującej takim komputerem wykorzystywać IoT do sterowania dowolnymi siłownikami podłączonymi do niego.
Budowa Internetu Rzeczy z wykorzystaniem platformy open source Arduino jest oczywiście nieco inna niż w przypadku Raspberry Pi, głównie ze względu na różnice rozmiaru. Arduino to platforma open source obsługująca zarówno sygnały wejściowe, jak i wyjściowe. Jeśli rozpozna określony sygnał wejściowy, do którego została „nauczona” lub który jest z nią bezpośrednio połączony, może wysłać sygnał w inne miejsce. Zastosowania dla siłowników liniowych są więc oczywiste. Jeden sygnał odebrany przez coś w Arduino może być wyzwalaczem uruchomienia pewnych siłowników liniowych w określonej maszynie, jeśli same otrzymają sygnał wyjściowy. Ze względu na ogromny ekosystem Arduino i otwarty charakter platformy, możliwości dla technologii liniowej w Internecie Rzeczy są niemal nieograniczone.
Jak działają urządzenia IoT
Funkcjonowanie systemów IoT opiera się na architekturze trójwarstwowej.
Warstwa 1
Warstwa 1 jest fizyczna. Obejmuje połączone czujniki, które zbierają dane i dalej je przekazują. Ponieważ potencjalnie czujniki mogą generować rozmaite dane, w zastosowaniach przemysłowego IoT ważne jest filtrowanie otrzymywanych informacji, aby odsiać nieistotne komunikaty i wyróżnić pilne, na przykład wykrycie zagrożenia, nagłe zatrzymania itp. Jeśli gromadzone dane IoT wymagają późniejszej dogłębnej analizy, nie powinny być przechowywane na komputerach firmy, lecz kierowane do chmury.
Warstwa 2
Warstwa 2 to zasadniczo sieć czujników IoT wyposażona w DAS (data acquisition system – system akwizycji danych). Służy on do konwersji sygnałów uzyskanych z czujników danych, zwykle analogowych przebiegów, na wartości cyfrowe przetwarzane przez komputer. Następnie bramka internetowa kieruje zdygitalizowane dane do Warstwy 3 przez Wi‑Fi lub przewodową lokalną sieć komputerową. Innym niezbędnym składnikiem transmisji danych jest oprogramowanie pośrednie (middleware). To oprogramowanie łączące bazę danych z aplikacjami, zapewniające spójność i zarządzanie wszystkimi elementami IoT.
Warstwa 3
Warstwa 3 to miejsce, w którym następuje reakcja na dane. Urządzenia za nią odpowiedzialne otrzymują polecenie rozpoczęcia pracy zgodnie z wcześniej ustawionymi algorytmami.
Czujniki IoT
Są to moduły wykrywające zmiany w środowisku oraz informacje o innych elementach systemu, z którymi są połączone. Sygnały opisujące stan otoczenia są przekształcane w kod cyfrowy. Czujnik IoT jest zatem podtypem przetwornika – urządzenia, które przekształca jeden rodzaj energii w inny. Różnica między czujnikami a przetwornikami polega na tym, że to drugie pojęcie jest szersze i obejmuje wszystkie urządzenia umożliwiające konwersję energii, podczas gdy czujniki zamieniają jedynie zjawiska fizyczne na sygnały elektryczne.
Współcześnie różnorodność czujników jest zdumiewająca. Czujniki pasywne na przykład nie wymagają zewnętrznego zasilania, podczas gdy aktywne – tak. Ze względu na zastosowaną metodę detekcji czujniki dzieli się na mechaniczne, termiczne, elektryczne i chemiczne. Wszystkie opierają się na czujnikach, co oznacza, że potrafią jedynie mierzyć pewne wartości, ale nie analizują otrzymanych danych wejściowych, ponieważ nie są wyposażone w procesory. Technologia czujników IoT wykorzystuje dwa zupełnie różne rodzaje urządzeń.
- Czujniki smart są wyposażone w cyfrowe procesory ruchu (DMP), które mogą analizować pozyskane dane, zanim przekażą je przez moduł komunikacyjny do warstwy sieciowej. Takie czujniki mogą też zawierać filtry kompensacyjne, wzmacniacze i inne elementy ułatwiające ich pracę.
- Czujniki inteligentne to rozwinięte czujniki smart, które oprócz możliwości tych drugich są zdolne do autowalidacji i identyfikacji, a także adaptacji i testowania. Co więcej, mogą nawet pełnić rolę kontrolera IoT, obsługując reakcje, przez co stają się de facto wyspecjalizowanym sprzętem.
Niezależnie od tego, jak ważne są czujniki dla IoT, to urządzenia Warstwy 3 ostatecznie decydują o realizacji zadań.
Przykład działania IoT
Poniższy przykład omawia siłowniki IoT w rolnictwie.
Czujniki Internetu Rzeczy zbierają informacje o wilgotności gleby, aby określić, jak intensywne powinno być podlewanie upraw. Dane te są uzupełniane prognozą pogody pobraną z internetu, która informuje, czy w danej lokalizacji wkrótce spodziewany jest deszcz. W odpowiedzi na te dane system nawadniania włącza się automatycznie, jeśli zapowiada się okres suszy, i dostarcza dokładnie taką ilość wody, jakiej wymagają uprawy.
Jak widać, prawidłowe działanie całego systemu w dużej mierze zależy od czujników dla Internetu Rzeczy.
Podsumowanie
Internet Rzeczy rozwija się tak szybko, że pojawiają się liczne nowe możliwości jego wykorzystania. Choć większość osób zna go z automatyzacji domu, Internet Rzeczy to znacznie więcej. Czujniki i siłowniki IoT zapewniają dokładne gromadzenie danych i precyzyjne reakcje wynikające z wcześniejszego zaprogramowania, torując drogę do usprawnienia wielu aspektów naszego życia. W tym artykule omówiliśmy szczegółowo, w jaki sposób siłowniki liniowe mogą być powiązane z Internetem Rzeczy oraz jak możemy je kontrolować i wykorzystywać.