Internet vecí je niečo, čo sa približne za posledné pol desaťročie čoraz viac dostáva do povedomia verejnosti. Väčšinou sa naň pozerá ako na ďalší logický krok po domácej automatizácii, ktorá je mimoriadne populárna. Až teraz začíname chápať uplatnenie Internetu vecí, keďže konektivita, ktorú prináša, má potenciál zmeniť takmer všetko, čo robíme. Byť prepojený so svojím domovom je jedna vec, no byť prepojený s miestom na druhej strane sveta je už úplne iná záležitosť. To vyvoláva otázky, čo sa dá robiť nad rámec ovládania lineárnych aktuátorov a iných nástrojov.
Čo je Internet vecí?
História Internetu vecí siaha v skutočnosti niekoľko desaťročí dozadu. Jediným dôvodom, prečo sa do centra pozornosti verejnosti dostáva až teraz, boli vtedajšie limity technológií. Keďže naše technológie dosiahli bod, v ktorom sú takéto veci uskutočniteľné, Internet vecí má nakročené k ďalšiemu veľkému skoku. Výskumníci veria, že prepojenia medzi všetkými našimi zariadeniami umožnia rýchlejšiu a voľnejšiu výmenu informácií naprieč týmito spojeniami. Vďaka tomu budeme neustále viac prepojení a v kontakte navzájom aj so svojimi domovmi. Prvé využitia sa objavili v oblasti domácej automatizácie.
Automatizácia v modernom svete vládne. Pôvodne bola nasadzovaná v závodoch a továrňach, aby ľudí odbremenila od fyzicky náročných a repetitívnych úkonov; automatizované zariadenia a coboty opustili výrobné haly a rozšírili sa do širokého spektra činností. Vážime si pohodlie, ktoré nám títo neúnavní, tichí pomocníci prinášajú, a pozvali sme ich aj do svojich domovov, kde začali zjednodušovať každodenné povinnosti aj voľnočasové aktivity. Automatizované vychytávky zaplavili naše kuchyne a spálne, pracovné kúty a garáže a zmenili ich na high‑tech útočiská, kde si ľudia môžu oddýchnuť a nechať technológie, nech sa im prispôsobujú.
Ďalším logickým krokom na ceste k úplnej automatizácii nášho prostredia je „zosobášiť“ všetky zariadenia, aby spolupracovali, namiesto toho, aby sa s mnohými z nich pracovalo izolovane. Tento krok prinieslo uvedenie IoT – Internetu vecí.
IoT a aktuátory
Lineárne aktuátory sú pre Internet vecí také dôležité, pretože tvoria neoddeliteľnú súčasť mnohých rôznych zariadení v domácnosti aj mimo nej. Dobrým príkladom sú bezpečnostné systémy. Keďže lineárne aktuátory sa používajú v mnohých systémoch na rozšírenie využitia a dosahu kamery, Internet vecí ich môže využiť rôznymi spôsobmi. Napríklad spustenie senzorov systému môže znamenať, že Internet vecí odošle informácie z bezpečnostného systému na nejaké mobilné zariadenie. IoT aktuátory je tiež možné riadiť – ak opäť použijeme analógiu bezpečnostného systému. Po zistení možného problému môže IoT prevziať kontrolu nad aktuátormi a otočiť kameru, aby bolo jasnejšie vidieť, čo sa deje.
Bez aktuátorov by Internet vecí nedokázal sám uskutočňovať potrebné zmeny a obmedzil by sa na jednoduché ovládanie a interakciu s rôznymi zariadeniami. Internet vecí je závislý od elektrických aktuátorov, aby dosiahol pohyb. Aktuátory sú zároveň aj dobrým spôsobom, ako Internet vecí rozšíriť, keďže nám umožňujú robiť zmeny na diaľku a pomáhajú s komunikáciou na veľké vzdialenosti.
Ako by sa dali aktuátory ovládať cez IoT
Automatizáciu Internetu vecí možno riadiť prostredníctvom open‑source platforiem, ako sú Raspberry Pi alebo Arduino. Hoci je Raspberry Pi jednoduchší než Arduino, ide o malý počítač, ktorý možno používať s rôznymi perifériami a vstupno/výstupnými prepínačmi. To umožní niekomu s takýmto počítačom používať ho cez Internet vecí na ovládanie všetkých aktuátorov, ktoré sú k nemu pripojené.
Budovanie Internetu vecí na open‑source platforme Arduino je, samozrejme, trochu iné než pri Raspberry Pi, najmä pre rozdiely vo veľkosti. Arduino je open‑source platforma, ktorá pracuje so vstupnými aj výstupnými signálmi. Ak rozpozná špecifický vstup, na ktorý bolo natrénované, alebo ktorý je s ním nejakým spôsobom priamo prepojený, môže odoslať signál inde. Využitie pre lineárne aktuátory je teda zrejmé. Jeden signál prijatý niečím v Arduine môže byť spúšťačom, aby niektoré lineárne aktuátory v konkrétnom stroji začali pracovať, ak zároveň dostanú výstupný signál. Vďaka širokým možnostiam Arduina a jeho open‑source platforme sú príležitosti pre lineárnu technológiu v Internete vecí takmer nekonečné.
Ako fungujú zariadenia IoT
Fungovanie systémov IoT zahŕňa trojvrstvovú architektúru.
Vrstva 1
Vrstva 1 je fyzická. Zahŕňa pripojené senzory, ktoré zbierajú dáta a ďalej ich odovzdávajú. Keďže tieto senzory môžu potenciálne produkovať akýkoľvek druh údajov, pri priemyselnom využití IoT je dôležité filtrovať prijaté informácie, aby sa odfiltrovali irelevantné správy a vyzdvihli naliehavé. Napríklad detekcia hrozieb, náhle odstávky a podobne. Ak si zber dát IoT vyžaduje následnú hĺbkovú analýzu, nemal by sa ukladať na firemné počítače, ale presunúť do cloudu.
Vrstva 2
Vrstva 2 je v podstate sieť IoT senzorov vybavená DAS (data acquisition system). Ten sa používa na prevod signálov získaných zo snímačov, zvyčajne analógových priebehov, na digitálne hodnoty, ktoré spracuje počítač. Následne internetová brána smeruje zdigitalizované dáta do Vrstvy 3 cez Wi‑Fi alebo káblovú lokálnu sieť. Ďalšou nevyhnutnou podmienkou prenosu dát je middleware. Ide o softvér, ktorý prepája databázu a aplikácie a zabezpečuje koherenciu a správu všetkých komponentov IoT.
Vrstva 3
Vrstva 3 je miesto, kde prebieha reakcia na dáta. Zariadenia za ňu zodpovedné dostávajú pokyn začať fungovať podľa vopred nastavených algoritmov.
IoT senzory
Tieto senzory sú moduly, ktoré detegujú zmeny v prostredí, aby poskytli informácie o ďalších prvkoch systému, s ktorým sú prepojené. Signály o stave okolia sa premieňajú na digitálny kód. IoT senzor je teda podtypom prevodníka – zariadenia, ktoré premieňa jeden druh energie na iný. Rozdiel medzi senzormi a prevodníkmi je v tom, že druhý pojem je všeobecnejší a zahŕňa všetky zariadenia umožňujúce energetickú konverziu, zatiaľ čo prvý premieňa len fyzikálne javy na elektrické signály.
Dnes je rozmanitosť senzorov ohromujúca. Pasívne senzory napríklad nevyžadujú na činnosť žiadny externý zdroj napájania, kým aktívne áno. Podľa použitej metódy detekcie sa senzory delia na mechanické, tepelné, elektrické a chemické typy. Všetky tieto sú postavené na senzoroch, čo znamená, že dokážu zmerať len určitú hodnotu, ale nedokážu analyzovať prijatý vstup, keďže nie sú vybavené procesormi. Technológia IoT senzorov využíva dva úplne odlišné druhy zariadení.
- Inteligentné senzory sú vybavené digitálnymi procesormi pohybu (DMP), ktoré vedia analyzovať získané údaje ešte pred ich odoslaním cez komunikačný modul do sieťovej vrstvy. Takéto senzory môžu obsahovať aj kompenzačné filtre, zosilňovače a iné komponenty uľahčujúce ich fungovanie.
- Špičkové inteligentné senzory sú vylepšené smart senzory, ktoré okrem toho, čo dokážu tie prvé, zvládajú aj seba‑validáciu a identifikáciu, ako aj adaptáciu a testovanie. Navyše môžu fungovať aj ako IoT kontrolér, ktorý riadi odozvy, čím sa z nich v podstate stáva špecializovaný hardvér.
Hoci sú senzory pre IoT veľmi dôležité, o samotnej realizácii úloh nakoniec rozhodujú zariadenia Vrstvy 3.
Príklad fungovania IoT
Nasledujúci príklad sa venuje IoT aktuátorom v poľnohospodárstve.
Senzory Internetu vecí zhromažďujú informácie o množstve vlhkosti v pôde, aby určili, aká intenzívna má byť závlaha plodín. Tieto dáta dopĺňa predpoveď počasia získaná z internetu, ktorá informuje, či sa v danej lokalite v blízkej budúcnosti očakávajú zrážky. V reakcii na tieto vstupné údaje sa zavlažovací systém automaticky zapne, ak sa predpokladá obdobie sucha, a vypustí presné množstvo vody, ktoré plodiny potrebujú.
Ako vidíte, správne fungovanie celého systému vo veľkej miere závisí od senzorov Internetu vecí.
Záver
Internet vecí rastie tak rýchlo, že sa objavuje množstvo možností, čo s ním môžeme robiť. Hoci ho väčšina ľudí pozná z domácej automatizácie, Internet vecí je omnoho širší. IoT senzory a aktuátory zabezpečujú presné zhromažďovanie dát a presnú reakciu definovanú predchádzajúcim programovaním, čím pripravujú pôdu na zefektívnenie mnohých aspektov nášho života. Tento článok podrobnejšie rozobral, ako konkrétne by Internet vecí ovplyvnil lineárne aktuátory a ako by sme ich mohli ovládať a používať.