Główna zawartość
Kurs: Podstawy informatyki - program rozszerzony > Rozdział 8
Lekcja 4: Innowacje w zakresie monitoringuCzujniki
Szacuje się, że w 2020 roku do internetu podłączonych było od 24 do 50 miliardów urządzeń. Większość z tych urządzeń będą stanowiły małe czujniki, które wysyłają strumienie informacji o tym, co mierzą: temperaturze, wilgotności, dźwięku i obrazie.
W rzeczywistości, jeśli masz smartfon, jesteś właścicielem wielu czujników: kamery, akcelerometru i czujnika GPS. Oprócz naszych kieszeni czujniki znajdują się także w fabrykach, na ulicach miast, w robotach, w transporcie, w dronach, na oceanach — czujniki są wszędzie!
Rozwój sieci połączonych czujników jest często nazywany Internetem rzeczy. Poznajmy te „rzeczy” bardziej szczegółowo i zobaczmy, jak wpływają na nasze codzienne życie.
Rodzaje czujników
Czujnik to urządzenie o małej mocy, które może wykrywać pewne właściwości swojego otoczenia i wysłać dane do innego urządzenia.
Czujnik podłączony to czujnik, który ma również możliwość wysyłania danych do sieci lokalnej lub Internetu.
Czujniki mogą być wrażliwe na bodźce, na które reagują ludzie, a często potrafią o wiele więcej.
Czujniki akustyczne
Tak jak nasze uszy mogą wyczuwać wibracje (które następnie mózg zamienia w dźwięki), tak czujniki mogą rejestrować wibracje w swoim otoczeniu.
Wszystkie telefony komórkowe i komputery osobiste są wyposażone w czujnik akustyczny — mikrofon. Śpiewacy i wykładowcy online (jak ja!) często inwestują w mikrofony zewnętrzne, które lepiej filtrują szumy otoczenia.
Inteligentne głośniki domowe, takie jak Amazon Alexa i Google Home, wyposażone są we wbudowany mikrofon, dzięki czemu mogą zrozumieć Twoje polecenia.
🤔 Jakie konsekwencje dla prywatności ma rozpowszechnienie czujników akustycznych? Czy jest jakieś miejsce, w którym nie powinno być mikrofonu, którym ktoś mógłby nagrywać twoje rozmowy?
Czujniki optyczne
Nasze oczy używają pręcików i czopków do rejestrowania obrazów przedmiotów znajdujących się przed nami (podczas gdy nasz mózg nadaje tym obrazom sens). Podobnie, aparat fotograficzny wykorzystuje czujniki optyczne do rejestrowania obrazu w swoim obiektywie.
Czujniki CMOS są najpowszechniejszym typem czujnika optycznego stosowanego obecnie w aparatach cyfrowych, kamerach internetowych i smartfonach.
Czujniki optyczne rejestrują również światło o długościach fal niedostępnym dla ludzkiego oko, na przykład podczerwień. Gdy chcemy zrobić zdjęcie, które uchwyci świat tak, jak widzi go człowiek, używamy filtru pochłaniającego promieniowanie podczerwone.
Weather sensors
Jednym z najczęściej mierzonych parametrów jest temperatura. Ciało ludzkie ma temperaturę 36,6°C; nawet jeden stopień powyżej lub poniżej jest już powodem do niepokoju. Podobnie, urządzenia elektromechaniczne mają właściwe zakresy temperatur i mogą ulec uszkodzeniu, gdy temperatura jest zbyt wysoka lub zbyt niska.
Czujniki temperatury zbudowane są ona ogół z wykorzystaniem metali o właściwościach zależnych od temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury, opór elektryczny metalu ulega zmianie. Istnieje znana zależność między oporem a temperaturą dla każdego rodzaju metalu, więc komputer może przetłumaczyć opór na pomiar temperatury.
Gdy czujnik wykryje temperaturę poza właściwym zakresem, system może wysłać alert lub samodzielnie dostosować parametry pracy danego urządzenia do zmienionych warunków. Na przykład, gdy komputer Raspberry PI przekroczy temperaturę 85°C, najczęściej z powodu intensywnych operacji wykonywanych przez procesor, automatycznie zwalnia prędkość procesora, aby wytwarzał mniej ciepła.
Inne rodzaje czujników związanych z pogodą to detektory tlenku węgla, czujniki zanieczyszczenia powietrza, monitory ozonu i czujniki wilgotności.
Czujniki położenia
Dzięki zasilaniu z baterii i sieci bezprzewodowej dysponujemy coraz większą liczbą urządzeń przenośnych. Nasze telefony komórkowe są wszędzie tam, gdzie my, samochody mogą odbywać podróże po całym kontynencie, a drony pokonywać kilometry w powietrzu. Ta wymaga znajomości odpowiedzi na jedno i to samo pytanie: „Gdzie w tym momencie jestem?”
Wszystkie te urządzenia mogą określić swoją fizyczną lokalizację na kuli ziemskiej dzięki Globalnemu Systemowi Pozycjonowania (GPS). Rząd USA rozpoczął projekt GPS w latach 70. i już teraz kontroluje kilkadziesiąt satelitów GPS krążących wokół Ziemi. Inne duże kraje, takie jak Rosja i Chiny, wystrzeliły swoje własne podobne satelity, dzięki czemu dysponują zapasowym mechanizmem pozycjonowania, jeśli rząd USA kiedykolwiek ograniczy im dostęp do GPS.
Odbiorniki GPS to malutkie czujniki z antenami, które odbierają sygnały radiowe z satelitów GPS orbitujących na niebie nad nami. W większości przypadków, jeśli czujnik może odbierać sygnały z co najmniej czterech satelitów, to urządzenie może obliczyć swoją pozycję.
System GPS działa najlepiej w na zewnątrz budynków, przy dobrej widoczności nieba. W pomieszczeniach zamkniętych nie działa tak sprawnie ze względu na zakłócenia powodowane przez dachy i ściany. Jeśli robot wysyłkowy w fabryce Amazon chce wiedzieć, w którym korytarzu się znajduje, jest mało prawdopodobne, aby mógł wyznaczyć swoją pozycję z wystarczającą precyzją dzięki GPS.
Systemy pozycjonowania w pomieszczeniach są zwykle oparte na technologiach takich jak RFID. Urządzenie posiada czytnik RFID i jest otoczone przez obiekty, z których każdy ma swoje własne tagi RFID i wysyła je za pomocą fal radiowych.
Jeszcze więcej czujników!
To tylko niewielki fragment świata czujników. Przemysł ciągle opracowuje nowe czujniki, aby wykryć wszystko, co jest ważne w ich dziedzinie, jak np. czujniki liści dla rolnictwa, czujniki parkowania dla samochodów, wysokościomierze dla samolotów, czujniki dotykowe dla gier wideo i czujniki ruchu dla systemów bezpieczeństwa. Aby poznać więcej czujników, możesz przejrzeć tę długą listę.
Możesz samodzielnie eksperymentować z czujnikami za pomocą mini komputera takiego jak Arduino lub Raspberry PI i odpowiednim oprogramowaniem. Sprawdź te instrukcje, aby poznać pomysły na ciekawe projekty.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji