יישומי IOT מהווים חלק בלתי נפרד בענפי הטכנולוגיה השונים. בכתבה זו נסקור את השפעת יישומי ה IOT בענף החקלאות ובענף הבריאות.
IOT וחקלאות:
נכון להיום רוב החקלאים חייבים לבדוק בעצמם מה קורה בשטח. פעילות זו גוזלת הרבה זמן ומאמץ ומדידת מצב הגידולים דורשת מיומנות אישית. במקרה כזה IOT מחוללת מהפכה. מדידות (מצבי לחות קרקע, מצבי הגידולים וכו’) מתבצעות ע”י חיישנים אלקטרונים מיוחדים התמונים בשטח.
החקלאי יכול לבדוק את מצב השטח בנוחות מהספה בסלון ביתו ע”י מחשב אישי או מכשיר הסלולרי שלו.
חיישנים אלו אינם זקוקים להיות מחוברים פיזית ע”י כבלים לרכזת או קונטרולים אלא יכולים להיות פזורים בשטח, ניזונים מאנרגיה זמינה בשטח, בעלי יכולת עיבוד נתונים מקומית ומקושרים למרכזיה דרך WiFi (או פרוטוקול RF אחר) בדרך אמינה ונוחה למשתמש.
ראשית יש לציין את הצרכים ממאפיינים של המערכת:
- פריסה ע”ג שטח נרחב
- חוסר במקורות אנרגיה זמינות
- חוסר בקווי תקשורת
- דרישת תקשורת למרחקים
- קצב נתונים נמוך
- עיבוד נתונים לא מסובך
- דרישה להעברת מצב השטח פעם או פעמיים בשעה.
נבדוק את הדרכים לנצל את התקלות ע”מ לתגבר על הקשיים לאימפלמנטציה.
על מנת לממש מערכת כזאת יש לענות על כמה שאלות:
-מהי אנרגיה זמינה בשטח?
- 1. אנרגיה סולארית
יתרון של אנרגיה אינסופית שאינה מתכלה (השמש אינה תכבה בזמן הקרוב) אך בעלת מס’ רב של חסרונות כגון:
- יעילות מופחתת בצבירת לכלוך אופייני לשטח.
- שבירות
- צורך לשטח רציני ע”מ לקבל מספיק אנרגיה, מגדיל את העלות והשבירות
- 2. אנרגית מים (“אנרגיה הידרואלקטרית”)
לרוב, בשטח חקלאי קיימות טפטפות. ניתן לנצל את זרימת המים ע”מ להפיק אנרגיה. לטכנולוגיה זאת מספר יתרונות:
- לא שביר
- גודל קטן
- לא רגיש ללכלוך
אומנם טכנולוגיה זאת דורשת יותר ידע על מנת לבצע מקור אנרגיה יעיל ומספיק להומת מקור סולרי.
-איזו תקשורת מתאימה יותר להעברת נתונים מהרגשים למרכזיה?
יש מגון טכנולוגיות תקשורת אלחוטית מתאמות.
מתחלקים לשתי קבוצות:
תקשורת אופטית ותקשורת RF :
ע”מ למקסם את יעילות שידור הנתונים צריך להתאים את פרוטוקול השידור לקצב הנתונים הנדרש. כך ניתן להגיע למרחקים גדולים יותר ע”י מינימום השקעת אנרגיה. לכן, פרוטוקולים כמו WiFi ובלוטוס אינם מתאימים לאפליקציה זו מכיוון שהם זוללים אנרגיה ומיועדים להעברת נתונים בקצב גבוה, ובמרה שלנו הדרישה היינה לקצב העברת נתונים נמוך באמינות גבוהה במיוחד עם מינימום אנרגיה עבור אפליקציות מזוג זה.
תקשורת סלולרית ישר מהחיישנים אינה מומלצת, בגלל צריכת אנרגיה גבוהה.
-איזו חיישנים ניתן להשתמש?
קיימת קשת רחבה של טכנולוגיות למדידה נתונים עבור חקלאות. לדוגמה:
- לחות הקרקע
- קוטר גזעים
- כמות תאורה ביום
- טמפרטורה בשטח.
-איזו מעבד להשתמש?
-למעבד הנתונים במערכות חקלאיות אין צורך בעיבוד נתונים מהיר במיוחד כך שמיקרוקונטרולים יחסית קטנים יכולים לבצע את המשימה תוך כדי צריכת אנרגיה נמוכה.
-איזו תקשורת מתאימה יותר להעברת נתונים מהמרכזיה לענן ?
לאחר שמספיק נתונים עגורים במרכזיה (קונטרולר), ניתן להתחבר בקלות ולהעביר את אותם נתונים לרשת. מכיוון שבשה הפתוח אין רשתWiFi זמינה, הדרך המתאימה ביותר היינה דרך רשת סלולרית.
אמנם צריכת אנרגיה של מודולים סלולריים גבוהה, במערכות אלה יש צורך להתקשר רק לפרקי זמן רחוקים כל עוד אין מצב חירום, פעם או פעמיים בשעה מספיק בדרך כלל, אם במקרה מתגלה מצב חירום כגון דליפת מים או חוסר מים ניתן ליזום התקשרות.
כך רוב הזמן מודול התקשורת כבוי מבלי לצרוך אנרגיה.בדרך זו מקורות אנרגיה דלות כפי שצוין לעיל מספיקות לעבודה רציפה של המערכת.
לדוגמה, המערכת שבתמונה:
- בודקת את הנתונים של 14 חיישנים
- מיקום ע”י GPS
- שידור RF
- טמפרטורה
- וחסכוני באנרגיה
IOT ובריאות
ישנם אפליקציות רבות בהם IOT יכול לשרת אוכלוסיות המצריכות תשומת לב כגון תינוקות, זקנים או ספורטאים שרוצים מעקב של מצב בריאותם תוך כדי מאמץ.
ניתן גם לכלול חיילים בהם מרכזי פיקוד רוצים לנתר מצבי לחץ או צורך לספק סיוע מיידי.
גם כאן ראשית עלינו לאפיין את הצרכים של המערכת.
קשים:
- המערכת צריכה להיות בעלת נפח מזערי ע”מ לא להפריע לעונד אותה
- גודל קטן מחייב מקור אנרגיה דלה
- עיבוד הנתונים יכול להיות מסובך
- מס’ רב של גורמים הנדרשים מדידה:
הקלות:
- ניתן לשמור על קשר לענן רק לפרקי זמן קצובים, פעם ב5 או 10 דק’ ע”מ להודיע על תקינות המערכת או ליזום קשר במידע שמתגלה מצב חירום כגון:
- ▪ נפילה
- ▪ שינוי קצב הלב
- ▪ ירידה ברמת החמצן בגוף
- ▪ טמפ’ גבוהה/נמוכה מהרגיל
- ▪ פרקוסים
- ▪ חריגה מהמקום הגיאוגרפי המצופה (למקרים שנדרש עכיבה למקום)
על מנת לממש מערכת כזאת יש לענות על כמה שאלות:
-מקור אנרגיה?
מכיון שאין מקור אנרגיה זמינה יש להשתמש בסוללות.
רצוי תא בודד Li-Polymer הניתנת לטעינה.
-איזו חיישנים ניתן להשתמש?
קיים מגוון רב של מדידות שניתן לבצע ומצביעים על מצב הנבדק:
- קצב הלב
- רמת חמצון בדם
- טמפרטורה
- זוית הגוף (עמידה/שכיבה)
- רמת גלוקוז בדם
- פירקוסים
- מקום הגיאוגרפי (GPS)
- אודיו (שמע, להעברת מסרים)
- מצבי לחץ (מוליכות פני העור
מובן שלא כל הנתונים ניתן או נדרש למדוד לכל האפליקציות. יש לבחון אילו נתונים חייבים לפי האפליקציה הספציפית ואיזה לא.
-איזו תקשורת מתאימה יותר להעברת הנתונים לענן ?
ע”מ לבצע מערכת כזאת עדיף להשתמש במעבדים בעלי יכולת שידור בWiFi או Blue Tooth מובנה כך שיהיו בקשר ישיר עם מכשיר הסלולרי של המטופל. בדרך זו אין צורך במקור אנרגיה בעל נפחים גדולים כפי שהיה נדרש אילו היינו נדרשים לתקשר ישירות מול רשת סלולרית.
עיבוד הנתונים יעשה בחלקו במעבד המקומי ע”מ להקטין את כמות הנתונים ואת אחוז זמן הפעיל של התקשורת ע”מ לחסוך באנרגיה. אומנם,חלק הכבד ביותר ניתן יהיה לבצע באפליקציה במכשיר הסלולר או במרכזיה ברשת המקבלת את הנתונים.
ע”מ לרכז את פעילות החיישנים (סנסורים) בנפח קטן ככל אשר ניתן וגם ע”מ להקטין את כמות עבוד הנתונים הנדרש מהמעבד המקומי ובו זמני להקטין את צריכת הזרם ניתן להשתמש בFPGA דל אנרגיה כך שכל האלקטרוניקה יוכל להיכנס במקום קטן כדל האפשר
לדוגמה, המערכת שבתמונה בודקת ומדוחת לענן את הנתונים הבאים:
- דופק
- רמת חמצן
- מוליכות העור
- פירקוסים
- תהודות
- אודיו
כמובן שבין שתי הקצבות האלו ממוקמים עוד המון אפליקציות IOT כגון:
- בית חכם
- מפעל מנותב ומבוקר מרחוק
- בטחון שדה
- רכב חכם המציג את המצב לניתור מרחוק ועוד הרבה ככל שיד הדמיון
גלובל מו”פ בע”מ מתמחה בפתרונות למערכות רב דיסציפלינריות כלל פיתוח
- חיישניים (סנסורים)
- איסוף נתונים
- בקרים: פרוססורים ומיקרוקונטרולרים (מעבדים) וFPGA
- חומרה אנלוגית ודיגיטלית
- אלגוריתמים בביצוע ע”י החומרה דיגיטלית ובתוכנה
- תקשורת
