دليل تفصيلي لبرمجة نظام إنترنت الأشياء IoT

دليل تفصيلي لبرمجة نظام إنترنت الأشياء IoT

إذا كنت تبحث عن بناء نظام إنترنت الأشياء ، فأنت بحاجة إلى فهم جيد لكيفية برمجته. تتضمن برمجة أنظمة إنترنت الأشياء تصميم وتطوير ونشر البرامج التي تمكن الأجهزة من التواصل والتفاعل مع بعضها البعض عبر الإنترنت. في هذه المقالة ، سوف نأخذك خلال عملية برمجة نظام إنترنت الأشياء خطوة بخطوة.

الخطوة 1: تحديد الغرض من نظام إنترنت الأشياء
تتمثل الخطوة الأولى في برمجة نظام إنترنت الأشياء في تحديد الغرض من النظام. ما هو الهدف من نظام إنترنت الأشياء الخاص بك؟ ما هي الأجهزة التي سيتم توصيلها بالنظام؟ ما هي البيانات التي سيتم جمعها؟ ستساعدك الإجابة على هذه الأسئلة في تحديد متطلبات النظام ونوع لغة البرمجة والنظام الأساسي الذي ستحتاجه.

اختر أجهزتك: تتمثل الخطوة الأولى في تحديد نوع الأجهزة التي ستستخدمها لنظام إنترنت الأشياء الخاص بك. يمكن أن يكون هذا متحكمًا دقيقًا أو كمبيوترًا ذا لوحة واحدة مثل Raspberry Pi أو جهاز إنترنت الأشياء المصمم لهذا الغرض. تتضمن بعض الخيارات الشائعة Arduino و ESP32 و BeagleBone.
بمجرد اختيارك للجهاز ، ستحتاج إلى إعداده وتكوينه للعمل مع بيئة البرمجة الخاصة بك. قد يتضمن ذلك تثبيت برامج تشغيل أو برامج أخرى ، وتوصيل الأجهزة الطرفية مثل أجهزة الاستشعار أو المشغلات ، وتكوين إعدادات الشبكة.

من المهم اختيار الأجهزة المناسبة تمامًا لمتطلبات مشروعك ، مثل طاقة المعالجة والذاكرة وخيارات الاتصال. يجب عليك أيضًا مراعاة عوامل مثل استهلاك الطاقة والتكلفة عند اتخاذ قرارك.

 

الخطوة 2: حدد لغة البرمجة والنظام الأساسي
بمجرد تحديد متطلبات نظام إنترنت الأشياء الخاص بك ، فإن الخطوة التالية هي اختيار لغة البرمجة والنظام الأساسي. هناك العديد من لغات البرمجة والأنظمة الأساسية المتاحة لبرمجة أنظمة إنترنت الأشياء. تتضمن بعض أشهرها Python و Java و C ++ و Node.js. اختر اللغة والنظام الأساسي الأكثر ملاءمة لمتطلباتك.

اختر النظام الأساسي للبرنامج: بمجرد إعداد أجهزتك وتهيئتها ، فإن الخطوة التالية هي اختيار النظام الأساسي للبرنامج الذي سيتم تشغيله عليه. سيتضمن هذا النظام الأساسي عادةً نظام تشغيل وبرامج تشغيل ومكتبات للتواصل مع أجهزة الاستشعار والمشغلات والأجهزة الأخرى.
هناك العديد من منصات البرامج المتاحة لتطوير إنترنت الأشياء ، بما في ذلك الخيارات الشائعة مثل Linux و Windows IoT Core و AWS IoT. كل منصة لها نقاط قوتها وضعفها ، وسيعتمد الاختيار على عوامل مثل المتطلبات المحددة لمشروعك وخبرتك الخاصة ومعرفتك بالمنصة.

عند اختيار منصة برمجية ، من المهم مراعاة عوامل مثل سهولة التطوير وقابلية التوسع والأمان والتوافق مع أجهزتك. يجب عليك أيضًا التأكد من أن النظام الأساسي الذي تختاره يدعم لغات البرمجة والأدوات التي تخطط لاستخدامها في تطويرك.

الخطوة 3: قم بتوصيل الأجهزة بنظام إنترنت الأشياء
لتوصيل الأجهزة بنظام إنترنت الأشياء ، ستحتاج إلى استخدام بروتوكول اتصال. البروتوكول الأكثر استخدامًا لأنظمة إنترنت الأشياء هو بروتوكول MQTT (نقل القياس عن بُعد لوضع الرسائل في قائمة انتظار). MQTT هو بروتوكول خفيف الوزن يمكّن الأجهزة من الاتصال بنظام إنترنت الأشياء بكفاءة.

اختر أدوات التطوير الخاصة بك: بمجرد أن يكون لديك النظام الأساسي للأجهزة والبرامج الخاصة بك ، فإن الخطوة التالية هي اختيار أدوات التطوير التي ستستخدمها لكتابة واختبار التعليمات البرمجية الخاصة بك. سيتضمن هذا عادةً بيئة التطوير المتكاملة (IDE) أو محرر نصوص أو واجهة سطر أوامر.
تتضمن بعض أدوات التطوير الشائعة لبرمجة إنترنت الأشياء Arduino IDE و Visual Studio Code و Eclipse و PyCharm. لكل أداة مزاياها وعيوبها ، وسيعتمد الاختيار على عوامل مثل تجربتك مع الأداة ولغة البرمجة التي تستخدمها والميزات التي تحتاجها.

عند اختيار أدوات التطوير ، من المهم مراعاة عوامل مثل سهولة الاستخدام وإمكانيات تصحيح الأخطاء ودعم التحكم في الإصدار ودعم المجتمع. يجب عليك أيضًا التأكد من أن الأدوات التي تختارها متوافقة مع النظام الأساسي للأجهزة والبرامج الذي اخترته.

الخطوة الرابعة: تطوير نظام إنترنت الأشياء
بمجرد تحديد لغة البرمجة والنظام الأساسي وبروتوكول الاتصال ، فإن الخطوة التالية هي تطوير نظام إنترنت الأشياء. يتضمن ذلك كتابة الكود الذي سيتم تشغيله على أجهزة إنترنت الأشياء ونظام إنترنت الأشياء. يجب تصميم الكود للتعامل مع البيانات التي يتم جمعها من الأجهزة ومعالجتها بطريقة مفيدة.

اكتب الكود الخاص بك: بمجرد أن يكون لديك أجهزتك ومنصة البرامج وأدوات التطوير الخاصة بك ، فإن الخطوة التالية هي البدء في كتابة التعليمات البرمجية الخاصة بك. سيتضمن الرمز عادةً تعليمات لقراءة بيانات المستشعر ، والتحكم في المشغلات ، والتواصل مع الأجهزة الأخرى أو الخادم المستند إلى السحابة.
عند كتابة التعليمات البرمجية لنظام إنترنت الأشياء ، من المهم مراعاة عوامل مثل استهلاك الطاقة واستخدام الذاكرة وقدرات المعالجة ، نظرًا لأن أجهزة إنترنت الأشياء غالبًا ما يكون لها موارد محدودة مقارنة بأجهزة الكمبيوتر التقليدية. يجب عليك أيضًا التأكد من أن الكود الخاص بك معياري وقابل لإعادة الاستخدام ، حيث سيسهل ذلك صيانته وتعديله في المستقبل.

هناك العديد من لغات البرمجة التي يمكنك استخدامها لتطوير إنترنت الأشياء ، بما في ذلك C / C ++ و Python و Java و JavaScript. يعتمد اختيار اللغة على عوامل مثل تجربتك مع اللغة ، ومدى تعقيد مشروعك ، والميزات التي تحتاجها.

من المهم أيضًا اختبار الكود الخاص بك تمامًا أثناء تطويره ، باستخدام تقنيات مثل اختبار الوحدة واختبار التكامل للتأكد من أنه يعمل بشكل صحيح وموثوق.

مثال على بعض التعليمات البرمجية البسيطة المكتوبة بلغة Python لقراءة البيانات من مستشعر درجة الحرارة المتصل بجهاز إنترنت الأشياء:

يستخدم هذا الرمز مكتبة Adafruit DHT لقراءة البيانات من مستشعر درجة الحرارة والرطوبة DHT11 المتصل بجهاز إنترنت الأشياء. يقرأ الكود بيانات درجة الحرارة والرطوبة من المستشعر ، وينسق البيانات كسلسلة ، ثم يطبع البيانات إلى وحدة التحكم. يتضمن الرمز أيضًا معالجة الأخطاء للقبض على أي أخطاء قد تحدث أثناء قراءة بيانات المستشعر. أخيرًا ، يشتمل الرمز على وظيفة السكون للانتظار لبضع ثوان قبل أخذ قراءة أخرى من المستشعر.

الخطوة 5: اختبار ونشر نظام إنترنت الأشياء
بعد تطوير نظام إنترنت الأشياء ، تحتاج إلى اختباره للتأكد من أنه يعمل على النحو المتوقع. يمكنك استخدام المحاكيات أو الأجهزة الفعلية لاختبار النظام. بمجرد اختبار النظام ، فقد حان الوقت لنشره. يتضمن نشر نظام إنترنت الأشياء تثبيت النظام على الأجهزة وتوصيلها بالإنترنت.

اختر منصة IoT: هناك العديد من منصات IoT المتاحة ، مثل AWS IoT و Microsoft Azure IoT و Google Cloud IoT. يجب عليك اختيار نظام أساسي يلبي احتياجاتك الخاصة ويدعم البروتوكولات والأجهزة التي تستخدمها.

قم بإعداد مركز إنترنت الأشياء: بمجرد اختيارك لمنصة إنترنت الأشياء ، ستحتاج إلى إعداد مركز إنترنت الأشياء. محور إنترنت الأشياء هو موقع مركزي حيث يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء الخاصة بك إرسال واستقبال البيانات. ستختلف عملية الإعداد اعتمادًا على النظام الأساسي الذي تستخدمه ، ولكنك ستحتاج عادةً إلى إنشاء حساب ، وإنشاء مركز إنترنت الأشياء ، ثم تكوين الموزع لدعم الأجهزة والبروتوكولات المحددة الخاصة بك.

إنشاء جهاز: بعد إعداد محور إنترنت الأشياء ، ستحتاج إلى إنشاء جهاز في منصة إنترنت الأشياء لكل جهاز إنترنت الأشياء تريد توصيله. عند إنشاء جهاز ، ستحتاج عادةً إلى توفير معرف فريد (مثل معرف الجهاز) ، وتحديد نوع الجهاز ، وتكوين أي إعدادات أمان مطلوبة بواسطة النظام الأساسي.

تكوين الجهاز: بمجرد إنشاء جهاز في منصة إنترنت الأشياء ، ستحتاج إلى تكوين جهاز إنترنت الأشياء للتواصل مع النظام الأساسي. يتضمن هذا عادةً إعداد اتصال آمن (مثل اتصال TLS) بين الجهاز والنظام الأساسي ، وتهيئة الجهاز لاستخدام البروتوكول الصحيح (مثل MQTT أو HTTP) ، وتزويد الجهاز ببيانات الاعتماد اللازمة للاتصال بـ النظام الأساسي (مثل مفتاح الوصول والسري).

إرسال واستقبال البيانات: بمجرد توصيل جهاز إنترنت الأشياء بمنصة إنترنت الأشياء ، يمكنه البدء في إرسال البيانات واستقبالها. ستعتمد العملية المحددة لإرسال البيانات واستلامها على النظام الأساسي والبروتوكول الذي تستخدمه. على سبيل المثال ، قد ترسل البيانات كحمولة JSON عبر MQTT ، أو كطلب HTTP POST بهيئة JSON.

بشكل عام ، يمكن أن يكون تكوين جهاز إنترنت الأشياء للاتصال بمنصة إنترنت الأشياء عملية معقدة تتطلب اهتمامًا دقيقًا بالتفاصيل. ومع ذلك ، بمجرد إعداد الاتصال ، يمكنك البدء في جمع البيانات من أجهزة إنترنت الأشياء الخاصة بك واستخدام تلك البيانات لاكتساب رؤى وتحسين عملياتك.

خاتمة
قد تكون برمجة نظام إنترنت الأشياء أمرًا صعبًا ، ولكنه ضروري لبناء أجهزة وأنظمة متصلة يمكنها تحسين حياتنا. باتباع الخطوات الموضحة في هذه المقالة ، يمكنك إنشاء نظام إنترنت الأشياء الخاص بك ونشره على أجهزتك. تذكر ، إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في برمجة أنظمة إنترنت الأشياء ، يمكن لشركة CWS في المملكة العربية السعودية أن توفر لك خدمات ودعم متخصصين لمساعدتك فى تحويل مشروعك من مجرد فكرة الى حقيقة.