الحساسات اللاسلكية؛ بنيتها وتطبيقاتها

تقوم الحساسات اللاسلكية بربط العالم الفيزيائيِّ ذي المقادير المتغيرة بالعالم الرقمي، حيث تعمل العُقد الحساسة على استقبال المقادير الفيزيائيةِ وتَـتحسَّسُ لتغيرها فقط، وتُرسل هذا التغير إلى مركز المعالجة على شكل أمواج كهربائية. وتستطيع العُقدة الحساسة الواحدة أن تتحسسَ لأكثر من متغير حسب تصميمها حيث ساعدت الثورة الرقمية وتطور صناعة الرقائق الإلكترونية على جعل العقد الحساسة أكثر متانة وأطول عمراً.

بنية العقدة الحساسة:

يعتمد شكلُ وبنية العقدة الحساسة على نوعِ التطبيق بشكل كبير؛ فهناك تطبيقاتٌ تتطلب أن تكونَ العقد صغيرةً أو رخيصة أو حتى ذاتَ استهلاكٍ منخفضٍ للطاقة. وبالطبع يعتمدُ نوع الحساس المُضمَّن في العقدة على التطبيق، وفي أغلب الأحيان يتمُّ التوازن بين الحاجة وخصائص العقدة التي ذُكرت؛ فمثلاً، تتطلبُ بعض الاستخدامات أن يكونَ الحساس ذو وزن أقل من 100 غرام، أو رخيص (بسعرِ أقل من دولار واحد للحساس الداخلي)، أو ذي استهلاك منخفض للطاقة (أقل من 100µW).

حساس مراقبة الطقس

بشكلٍ عام، تتألف العقدُ من المكونات الصلبة التالية:

متحكم: قادرٌ على تنفيذ البرنامج المُضمَّن في الذاكرة وعلى معالجة المعطيات.

الذاكرة: تخزّن بعض الذواكر البرامجَ والبياناتِ المتدفقة. وعادةً ما يتمُّ استخدامُ عدة أنواع من الذواكر في العقدة الواحدة.

الحساس والمحرك الميكانيكي: وهو الواجهة الفعلية إلى العالم الفيزيائي؛ أي الأجهزة التي تلاحظُ أو تتحكم بالمتغيرات الفيزيائية في الوسط.

جهاز الاتصال: وضع العقدة الحساسة في الشبكة يتطلب منها أن تحتوي على مرسلٍ ومستقبلٍ لتبادل المعطيات مع العُقد المجاورة أو عقدة التجميع.

مصدر الطاقة: لكي تعمل العقدة الحساسة يجب تأمينُ مصدر للطاقة لها، وهو عادة ما يكون إما البطاريات غير القابلة للشحن أو بطاريات يُعاد شحنها عن طريق الطاقة الشمسية مثلاً.

يجبُ أن يعملَ كلُّ مكون من هذه المكونات بتوازنٍ بين الطاقة المستهلكة وإنجاز مهمته. على سبيل المثال؛ يجبُ أن يكونَ المتحكمُ والمرسل/المستقبل في وضع الإطفاء في أغلب الأوقات، حيث يمكن أن يتمَّ استعمالُ مؤقت يقوم عند المتحكم عند انتهاء مدة المؤقت يتحول إلى العمل.

يجبُ أن يكونَ المتحكمُ والمرسل/المستقبل في وضع الإطفاء في أغلب الأوقات. وللعودة إلى العمل مجدداً، يقوم المتحكم باستخدام مؤقتٍ مبرمَجٍ؛ حيث عند انتهاءِ مدةِ التوقيت المحددة يتم إنهاء حالة الإطفاء أو النوم وتفعيل العودة إلى العمل.

ويمكن أن يكون ذلك بسيط جداً حيث يتم إرسال البيانات من الحساس إلى المتحكم بشكل مستمر طالما أن البيانات طبيعية ولم تتخطى درجة الحرارة حد العتبة لن يستيقظ المتحكم، وهكذا حتى تتخطى الحرارة العتبة حيث يتم إرسال إرشارة تنبية مثلاً.

شبكة الحساسات اللاسلكية:

هي تجمع لعددٍ من العُقد الحساسة الصغيرة التي تتصل فيما بينها بواسطةِ اتصالٍ لاسلكي قصير المدى، إذ يتمُّ تبادل البيانات التي تم تحسُّسها لتكوين صورة كاملة عن الببيئة المحيطة التي تتم مراقبتها، ويتم نقلُ هذه البياناتِ إلى عُقدة تسمى عقدة التجميع أو المصب (sink) والتي بدورها تتصل مع المخدّم أو شبكة الإنترنت.

تطبيقات الحساسات اللاسلكية:

التطبيقات البيئية: تتم مراقبةُ الطيور المهاجرة أو أي حيوان يُراد معرفة مكانه. وتمكن أيضاً مراقبةُ نشاط البراكين أو الزلازل أو حتى مراقبة الحرائق في الغابات أو في الأبنية بواسطة هذه الحساسات اللاسلكية.

التطبيقات العسكرية: مراقبة الحدود؛ حيث تتم مراقبة عبورِ الأشخاص عبر الحدود بواسطة الحساسات اللاسلكية.

التطبيقات الطبية : مراقبة المسنين في منازلهم؛ حيث تتمُّ مراقبة وضعهم الصحي (الضغط وضربات القلب وارتفاع المسنّ عن سطح الأرض)، وعند اكتشاف بيانات خطرة يتم الاتصال مباشرة بالإسعاف.

المراجع:

[1]Jagannathan Sarangapani; “ Wireless Ad Hoc and Sensor Networks Protocols، Performance، and Control” CRC Press; 2006.

[2]Ian F. Akyildiz،Mehmet Can Vuran،" Wireless Sensor Networks"،A John Wiley and Sons، Ltd، Publication، 2010

[3] Sudip Misra، Isaac Woungang، Subhas Chandra Misra; “ Guid to Wireless Ad Hoc Networks”; Springer Science + Business Media; 2009.