Internet stvari je v zadnjem pol desetletja vse bolj v središču pozornosti javnosti. Najpogosteje ga vidimo kot naslednji logični korak po avtomatizaciji doma, ki je izjemno priljubljena. Šele zdaj zares razumemo, kako ga uporabiti, saj povezljivost, ki jo prinaša, lahko spremeni skoraj vse, kar počnemo. Biti povezani z lastnim domom je eno, biti povezani z drugim koncem sveta pa nekaj povsem drugega. To odpira vprašanja, kaj lahko naredimo onkraj samega nadzora linearnih aktuatorjev in drugih orodij.
Kaj je Internet stvari?
Zgodovina Interneta stvari v resnici sega več desetletij nazaj. Razlog, da šele zdaj prihaja v ospredje, so bile takratne meje tehnologije. Zdaj, ko je tehnologija dosegla točko, ko so takšne reči izvedljive, je Internet stvari pripravljen na velik naslednji skok. Raziskovalci menijo, da bodo povezave med našimi napravami omogočile hitrejšo in svobodnejšo izmenjavo informacij. To nam bo omogočilo, da bomo vedno bolj povezani med seboj in s svojimi domovi. Prve uporabe smo videli na področju avtomatizacije doma.
Avtomatizacija v sodobnem svetu prevladuje. Sprva so jo v obratih in tovarnah uporabljali, da bi ljudi razbremenili fizično napornih in ponavljajočih se opravil, danes pa so avtomatizirane naprave in coboti zapustili proizvodne hale in se razširili na širok spekter dejavnosti. Zaradi udobja in priročnosti, ki nam jih prinašajo ti neutrudni, tihi pomočniki, smo jih povabili v svoje domove, kjer poenostavljajo vsakdanje opravke in prostočasne dejavnosti. Avtomatizirani pripomočki so preplavili naše kuhinje in spalnice, dnevne sobe in garaže ter jih spremenili v visokotehnološka zatočišča, kjer se lahko sprostimo in prepustimo tehnologiji, da ugodi vsem našim muhám.
Naslednji logični korak na poti do popolne avtomatizacije našega okolja je povezati vse naprave, da lahko sodelujejo, namesto da bi vsako obravnavali ločeno. Ta korak je bil narejen z uvedbo IoT – Interneta stvari.
IoT in aktuatorji
Linearni aktuatorji so za Internet stvari zelo pomembni, saj so ključni del številnih naprav, doma in zunaj njega. Dober primer so varnostni sistemi. Ker linearne aktuatorje pogosto uporabljamo za razširitev zmožnosti in dosega kamer, jih lahko Internet stvari izkoristi na različne načine. Na primer, ko se sprožijo senzorji sistema, lahko IoT pošlje informacije iz varnostnega sistema na neko mobilno napravo. IoT-aktuatorje je mogoče tudi nadzorovati – če ostanemo pri analogiji z varnostnim sistemom. Ko IoT zazna možen problem, lahko prevzame nadzor nad aktuatorji in obrne kamero, da jasneje vidi, kaj se dogaja.
Brez aktuatorjev Internet stvari sam ne bi mogel izvajati potrebnih sprememb, temveč bi bil omejen zgolj na nadzor in interakcijo z različnimi napravami. Internet stvari je odvisen od električnih aktuatorjev, da doseže gibanje. Aktuatorji so tudi odličen način za širitev IoT, saj nam omogočajo daljinsko spreminjanje in olajšajo komunikacijo na večje razdalje.
Kako bi lahko aktuatorje nadzorovali prek IoT
Avtomatizacijo v Internetu stvari lahko upravljamo prek odprtokodnih platform, kot sta Raspberry Pi ali Arduino. Čeprav je Raspberry Pi bolj osnovna rešitev kot Arduino, je majhen računalnik, ki ga lahko uporabljamo z različnimi perifernimi enotami in vhodno/izhodnimi stikali. To omogoča, da nekdo s takšnim računalnikom prek Interneta stvari krmili vse aktuatorje, ki so nanj povezani.
Vzpostavljanje Interneta stvari z odprtokodno platformo Arduino je seveda nekoliko drugačno kot z Raspberry Pi, predvsem zaradi razlik v velikosti. Arduino je odprtokodna platforma, ki obravnava tako vhodne kot izhodne signale. Če prepozna določen vhod, za katerega je bil naučen ali je nanj kakorkoli neposredno povezan, lahko pošlje signal drugam. Uporabe za linearne aktuatorje so zato očitne. Signal, ki ga nekaj v Arduinu prejme, je lahko sprožilec, da se določeni linearni aktuatorji v neki napravi zaženejo, ko še sami prejmejo odhodni signal. Zaradi široke razširjenosti Arduina in njegove odprtokodne narave so možnosti za linearno tehnologijo v Internetu stvari skorajda neomejene.
Kako delujejo naprave IoT
Delovanje sistemov IoT temelji na tristopenjski arhitekturi.
Plast 1
Plast 1 je fizična. Vključuje povezane senzorje, ki zbirajo podatke in jih posredujejo naprej. Ker lahko ti senzorji potencialno ustvarjajo najrazličnejše podatke, je za industrijske aplikacije IoT pomembno filtrirati prejete informacije, da izločimo nepomembna sporočila in izpostavimo nujna. Na primer zaznavanje groženj, nenadne zaustavitve itd. Če zbiranje podatkov IoT zahteva poglobljeno nadaljnjo analizo, jih ne bi smeli hraniti na računalnikih podjetja, temveč jih prenesti v oblak.
Plast 2
Plast 2 je v bistvu senzorsko omrežje IoT z DAS (sistemom za zajem podatkov). DAS pretvarja signale, pridobljene iz podatkovnih senzorjev, običajno analogne valovne oblike, v digitalne vrednosti, ki jih računalnik obdela. Nato internetni prehod usmeri digitalizirane podatke v Plast 3 prek Wi‑Fi ali žičnega krajevnega omrežja. Druga nujna predpostavka prenosa podatkov je vmesna programska oprema (middleware). To je programska oprema, ki povezuje bazo podatkov in aplikacije ter zagotavlja usklajenost in upravljanje vseh komponent IoT.
Plast 3
Plast 3 je mesto, kjer poteka odziv na podatke. Naprave, odgovorne za to, prejmejo ukaz in začnejo delovati v skladu z vnaprej določenimi algoritmi.
Senzorji IoT
Ti senzorji so moduli, ki zaznavajo spremembe v okolju, da pridobijo informacije o drugih elementih sistema, s katerimi so povezani. Signali o stanju okolice se pretvorijo v digitalno kodo. Senzor IoT je zato podvrsta pretvornika, naprave, ki pretvarja eno vrsto energije v drugo. Razlika med senzorji in pretvorniki je v tem, da je slednji bolj splošen izraz, ki zajema vse naprave za pretvorbo energije, medtem ko prvi pretvarjajo le fizikalne pojave v električne signale.
Danes je raznolikost senzorjev osupljiva. Pasivni senzorji na primer za delovanje ne potrebujejo zunanjega vira napajanja, aktivni pa ga. Glede na uporabljeno metodo zaznavanja delimo senzorje na mehanske, termične, električne in kemične tipe. Vsi ti temeljijo na senzorjih, kar pomeni, da lahko merijo le določene vrednosti, ne morejo pa analizirati prejetih vhodov, ker niso opremljeni s procesorji. Tehnologija senzorjev v IoT uporablja dve povsem različni vrsti naprav.
- Pametni senzorji so opremljeni z digitalnimi gibalnimi procesorji (DMP), ki lahko analizirajo pridobljene podatke, še preden jih prek komunikacijskega modula prenesejo v omrežno plast. Takšni senzorji lahko vsebujejo tudi kompenzacijske filtre, ojačevalnike in druge komponente, ki olajšajo njihovo delovanje.
- Inteligentni senzorji so nadgrajeni pametni senzorji, ki poleg naštetega zmorejo tudi samopreverjanje in identifikacijo ter prilagajanje in testiranje. Poleg tega lahko delujejo kot krmilnik IoT, ki upravlja odzive, zato so dejansko specializirana strojna oprema.
Ne glede na to, kako pomembni so senzorji za IoT, o izvedbi nalog na koncu odločajo naprave v Plasti 3.
Primer delovanja IoT
Naslednji primer prikazuje IoT-aktuatorje v kmetijstvu.
Senzorji Interneta stvari zbirajo informacije o količini vlage v tleh, da določijo, kako intenzivno je treba zalivati posevke. Te podatke dopolnjuje vremenska napoved z interneta, ki pove, ali je v določenem območju kmalu pričakovati padavine. Na podlagi teh vhodnih podatkov se namakalni sistem samodejno vklopi, če se obeta sušno obdobje, in izpusti natanko toliko vode, kolikor jo rastline potrebujejo.
Kot lahko vidite, ustrezno delovanje celotnega sistema v veliki meri temelji na senzorjih za Internet stvari.
Zaključek
Internet stvari raste tako hitro, da se razkrivajo številne možnosti, kaj vse lahko z njim počnemo. Čeprav ga večina pozna prek avtomatizacije doma, je Internet stvari mnogo več. Senzorji in aktuatorji IoT zagotavljajo natančno zbiranje podatkov in natančne odzive, določene s predhodnim programiranjem, s čimer tlakujejo pot k optimizaciji številnih vidikov našega življenja. V tem članku smo podrobneje opisali, kako bi Internet stvari vplival na linearne aktuatorje ter kako bi jih lahko nadzorovali in uporabljali.