حساسات بلوتوث: الدليل النهائي

في اللحظة, لقد أصبح العالم أكثر تألقاً بفضل التقدم التكنولوجي السريع. ظهرت الأجهزة والأفكار الجديدة بشكل مستمر, وبالتالي تحسين التقنيات السائدة وتوليد أقسام جديدة في السوق. بصورة مماثلة, ساهم التقدم التكنولوجي في تقنية Bluetooth في ولادة تقنية Bluetooth منخفضة الطاقة (بليه), يشار إليها أيضًا باسم Bluetooth Smart. بلوتوث منخفض الطاقة قصير المدى, طاقة منخفضة مع بروتوكول اتصال لاسلكي بمعدل بيانات أقل تم تطويره بواسطة تقنية Bluetooth مجموعة المصالح الخاصة (يقول). تم تصميم مكدس البروتوكولات المغطى الخاص به بطريقة تمكنه من نقل كميات ضئيلة من البيانات بكفاءة مع استهلاك أقل للطاقة. ونتيجة لهذا, يعد Bluetooth Low Energy البروتوكول اللاسلكي الأكثر تفضيلاً للتطبيقات التي تعمل بالبطارية. سوف تستكشف هذه المقالة الميزات التقنية لأجهزة استشعار البلوتوث, كيفية توصيل واستخدام أجهزة استشعار البلوتوث, كيف يمكن استخدام أجهزة استشعار المنارة في الأعمال التجارية, وكيفية قراءة بيانات المستشعر والتحكم بها في الاردوينو باستخدام البلوتوث.

كيفية نقل البيانات باستخدام أجهزة استشعار منارة البلوتوث?

منارة بلوتوث أجهزة الاستشعار عبارة عن أجهزة إرسال صغيرة تبث الإشارات لإغلاق الأجهزة المحمولة التي تستخدمها تقنية البلوتوث منخفضة الطاقة. لديهم نطاق عمل حولها 90 أمتار ويمكنها فقط إرسال البيانات ولكن لا يمكنها استقبالها. بمجرد أن يكتشف المستشعر الأجهزة القريبة, يرسل رسائل رقمية إلى الأجهزة المستهدفة. حالياً, يتم استخدام المنارات بشكل متناسب مع تطبيقات الهاتف المحمول. تحصل تطبيقات الهاتف المحمول هذه على معرف فريد بالإجماع لأداء العديد من الوظائف, مثل إطلاق إجراء يعتمد على الموقع وتتبع العملاء.

الميزات التقنية لمستشعر البلوتوث

أ) واجهة الراديو

ال إنترنت الأشياء بتقنية البلوتوث تعمل المستشعرات بنفس نطاق الطيف الذي يتراوح بين 2.400-2.4835 جيجا هرتز ISM مثل تقنية Bluetooth الكلاسيكية. والفرق الوحيد هو أن تقنية Bluetooth Low Energy تستخدم مجموعة مختلفة من القنوات. لديها أربعين قناة 2 ميجا هرتز, بينما تحتوي تقنية Bluetooth الكلاسيكية على تسعة وسبعين قناة بتردد 1 ميجاهرتز. يتم استخدام تعديل تحويل التردد الغوسي لنقل البيانات داخل قناة في تقنية BLE. لديها معدل قليلا من 1 ميجابت/ثانية ولكن مع وجود خيار في البلوتوث 5 ل 2 ميغابت/ثانية. أيضًا, لديها قوة إرسال قصوى تبلغ 10 ميغاواط و 100 ميغاواط في البلوتوث 5.

ب) الإعلان والاكتشاف

يتم رصد مستشعرات البلوتوث منخفضة الطاقة من خلال تقنية تعتمد على بث حزم الإعلانات. وعادة ما يتم ذلك باستخدام 3 ترددات مميزة لتقليل التداخل. يقوم جهاز الإعلان بإرسال حزم لا تقل عن تردد واحد من الترددات الثلاثة مع فترة تكرار تسمى بالفاصل الإعلاني. في كل فترة إعلانية, هناك إضافة لتأخير عشوائي 10 مللي ثانية مما يقلل من فرصة حدوث العديد من الاصطدامات المتتالية. يعتني الماسح الضوئي بالترددات لفترة تُعرف باسم نافذة المسح, والتي تتكرر أحيانًا بعد كل فترة مسح.

ج) تأثير البطارية

تم تصميم مستشعرات Bluetooth منخفضة الطاقة خصيصًا للعمل حتى مع استهلاك الطاقة الضحل. هناك ضرورات طاقة مختلفة مطلوبة للأجهزة ذات الأدوار المركزية والطرفية. نقلت دراسة أجرتها شركة برمجيات المنارة Aislelabs أن الأجهزة الطرفية للكمبيوتر, على سبيل المثال, منارات القرب, تعمل بانتظام لمدة تصل إلى 2 سنوات باستخدام بطارية خلية عملة معدنية بسعة 1000 مللي أمبير في الساعة. يجعل بروتوكول Bluetooth Low Energy هذا ممكنًا نظرًا لكفاءة الطاقة. بليه ينقل الحزم الصغيرة; ومن ثم فهو مثالي للبيانات ذات النطاق الترددي العالي والصوت مقارنة بتقنية Bluetooth Classic.

د) 2م فيز

تم تقديم وضع نقل جديد بمعدل رمز مضاعف بواسطة البلوتوث 5. بدءًا, يتم إرسال أجهزة استشعار Bluetooth منخفضة الطاقة فقط 1 بت لكل رمز, ولكن بالبلوتوث 5, يمكنهم البيانات بمعدلات مضاعفة. لكن, يقوم وضع الإرسال الجديد بإقران عرض النطاق الترددي بـ 2 ميغاهيرتز من حوالي 1 ميغاهيرتز, إجراء المزيد من التطفلات على مناطق الحافة. تجزئة نطاق التردد ISM لها 40 قنوات بمسافة متباعدة 2 ميغاهيرتز, والذي يختلف بشكل أساسي عن البلوتوث 2 إدر.

ه) عمليات الجات

يعد بروتوكول GATT ضروريًا للمستخدم لأنه يقدم العديد من الأوامر المتعلقة بالمعلومات المكتشفة حول الخادم. وتشمل هذه الأوامر:

• • • اكتشاف UUIDs لكل الخدمات الرئيسية
    • العثور على UUID معين لكل خدمة
    • العثور على الخدمات الثانوية لخدمة رئيسية معينة
    • اكتشاف كل ميزة لخدمة معينة
    • البحث عن الميزات التي تطابق UUID المحدد
    • قراءة جميع الدلالات للحصول على تمييز دقيق

إقران مستشعر Bluetooth بالهاتف الذكي

في هذا القسم, سنصف الخطوات المتبعة عند إقران أجهزة الاستشعار المتوافقة مع تقنية Bluetooth باستخدام الهاتف الذكي. يتلقى Aventura بيانات اقتران المستشعر مع الإعدادات بمجرد اكتمال عملية الاقتران.

أ) ضمان (يتصل) قيد التشغيل, ثم من (قائمة طعام) مقبض (جهاز)

للبحث عن أجهزة الاستشعار القابلة للاقتران, مقبض (الاقتران)

ب) ابدأ تشغيل المستشعر

بمجرد اكتشاف إشارة مستشعر البلوتوث الذكي, يعرض رسالة على الهاتف الذكي.

لإكمال عملية الاقتران بالمستشعر المعروض بالفعل, مقبض (الاقتران).

• • • يضعط (يتخطى) إذا كان اسم الجهاز مختلفًا عن الاسم المتوقع, ثم اضغط (الاقتران) مرة أخرى. كرر هذا من حين لآخر حتى يظهر الجهاز المتوقع.
    • عند استخدام مستشعر Bluetooth للاقتران, يتم عرض اسم المستشعر مع “أ.”
    • زيادة 18 تعريفات أجهزة الاستشعار المميزة, بما في ذلك جهاز الكمبيوتر, يمكن إقرانها.

ج) تحديد محيط الإطار لأي جهاز استشعار مع قياسات السرعة

يضعط (جهاز), واضغط أيضًا على اسم المستشعر > [محيط الإطارات]. محيط الإطار هو الطول التقريبي للحافة الخارجية في كل إطار. لا يتم عرض المستشعرات التي لا يمكنها قياس السرعة أبدًا.

يتم عرض قائمة حجم الإطار بمجرد الانتهاء من النقر. يتم تحديد محيط الإطار وفقًا لحجم الإطار الموضح على جانب الإطار.

• • • القيمة الأصلية: 2096 مم
    • إلى أي مستشعر باب يعمل بتقنية البلوتوث قادر على قياس السرعة, يوصى بضبط محيط الإطار.
    • من الممكن إلغاء الاقتران وتغيير أسماء الأجهزة من هذه الشاشة.

بعد اتباع كل تلك الخطوات, اكتملت الآن عملية الاقتران بمستشعر Bluetooth.

• • • كرر نفس الإجراء عند الاقتران بمستشعر Bluetooth آخر.
    • بعد الانتهاء من عملية الاقتران, من الضروري تركيب مستشعر حركة Bluetooth بالقرب منك. أيضًا, اتبع الإرشادات المكتوبة في دليل تعليمات المستشعر الفردي بشكل مناسب لتحديد المكان المناسب لتركيب المستشعر.

معلومات مهمة

• • • قم بإقران كل مستشعر قابل للاستخدام.
    • لا تقم أبدًا بإقران أجهزة استشعار Bluetooth الذكية في الموقع المحدد أو في أي مكان مع العديد من المستخدمين الآخرين. قد يؤدي القيام بذلك إلى جعل المستشعرات تقترن بأجهزة أخرى غير ذات صلة. يمكن لمستشعر شبكة Bluetooth أن يجسد مستشعر BLE المادي الوحيد.
    • عند العمل مع أجهزة استشعار Bluetooth تابعة لجهات خارجية, يمكن فقط للهاتف الذكي الذي يعمل بنظام Android نقل البيانات إلى Aventura, بينما لا يستطيع iPhone ذلك.

وظائف أجهزة استشعار بلوتوث

أجهزة استشعار البلوتوث اللاسلكية غير مهمة, أجهزة رخيصة نسبيًا يتم تركيبها على نظام موجود أو داخله. إنها مثالية لوضعها في المناطق النائية أو المواقع التي لا توجد بها طاقة لأنها تعمل بالبطارية ولاسلكية. تدوم البطاريات وفقًا لعدد المرات التي تعطي فيها المستشعرات قيم التقرير, مع بعض دائم حتى 5 سنين.

بجانب, تنقل أجهزة استشعار Bluetooth اللاسلكية دعاية منتظمة للبلوتوث منخفضة الطاقة يتم تطبيقها بواسطة المعدات التجارية, مدربي اللياقة البدنية, ودبلوماسيات الرعاية الصحية. يمكن تكوين معلومات النشر كجهاز iBeacon مع وحدات البايت التي تحزم البيانات المعترف بها بتنسيق حاصل على براءة اختراع. الهواتف الذكية, بوابات, أو أجهزة الكمبيوتر ذات اللوحة الواحدة, على سبيل المثال, فطيرة التوت, يمكن استخدامها لفهم المعلومات بمجرد مسح المنارات. يرى المسح فقط البيانات التي يتم بثها للجميع, لكنه لا يرتبط بالمنارة.

بالإضافة إلى ذلك, يتيح جهاز المسح المعروف باسم اتصال Bluetooth GATT الاتصال ببعض أجهزة الاستشعار. يتيح ذلك لجهاز المسح الإخطار عندما يكون هناك تغيير في القيم أو عرض قيم المستشعر الحالية, السماح بمخرجات كبيرة من التغييرات. لكن, يمكن إيقاف الإعلانات عن طريق الاتصال; بفعل ذلك, لا يمكن للأجهزة الأخرى الاتصال لأنها لا تستطيع رؤية المستشعر.

تعمل مكتبات Bluetooth المدمجة بالفعل على تمكين أجهزة الاستلام من البحث عن الإشارات والربط عبر GATT. نظرًا لأن الاتصال عبارة عن تقنية Bluetooth منخفضة الطاقة, أجهزة استشعار منفصلة, على وجه التحديد SDKs, غير ضرورية. أيضًا, ليست هناك حاجة للحصول على اشتراكات في المراحل من جانب الخادم.

الاستخدامات التجارية لأجهزة استشعار المنارة

ديسمبر 6, 2013, كان ذلك عندما تم تسجيل المثيل الأول للمرشد للاستخدام التجاري. حتى الآن, تم تفعيل iBeacons في 254 متاجر البيع بالتجزئة في جميع أنحاء الولايات المتحدة من قبل شركة أبل. لاحقاً, استخدمت شركة ماكدونالدز أجهزة الاستشعار الموجودة في متاجرها لتقديم عروض خاصة لعملائها.

تحتوي أجهزة استشعار منارة Bluetooth منخفضة الطاقة على العديد من التطبيقات في مختلف المجالات. التكنولوجيا لها فوائد عديدة, أهمها أنه يمكنه إرسال بيانات إعلانية ومعلوماتية إلى العملاء المحتملين. عمومًا, تعمل أجهزة استشعار المنارة كجسر بين المفاهيم, تقديم المعلومات التجارية للعملاء. يمكن تركيب أجهزة استشعار متعددة داخل المنطقة, كما هو الحال في المطارات, مخازن, المؤسسات, الأندية, الغرف العامة, وبالتالي بث المعلومات المناسبة للأجهزة المحمولة القريبة. بمجرد حصول المستخدمين على البيانات, يمكنهم إما استخدامه لأغراض التنقل, الرد على البيانات, مشاركة المعلومات, أو غيرها من المثابرة التي تعتمد على الرسالة المستلمة.

يمكن للمسوقين أيضًا استخدام مستشعرات إشارة البلوتوث عند الاتصال بالعملاء المحتملين. تتمتع الشركات التي تستخدم أجهزة استشعار المنارات بفرص أكبر لتحقيق عوائد مستهدفة في ترتيب الطوب وقذائف الهاون. توفر أجهزة الاستشعار المنارة هذه العديد من عمليات السداد للشركات. يشملوا;

• • • تحقق المنارات المزيد من رؤية العملاء. على سبيل المثال, يتعلم بائع التجزئة المدة التي يستغرقها العميل للقيام بالزيارة التالية للمتجر. يتعرف البائع أيضًا على المكان الذي ينفق فيه معظم العملاء بالضبط في هذا المتجر المحدد. يمكن أن تكون البيانات مفيدة عند تحديث شبكات وتطبيقات الإعلانات أو عند إعادة استهداف سوق معينة.
    • منارات تزيد من ولاء العملاء. توفر المنارات معلومات ترويجية من خلال أوامر النقر والجمع ومن خلال مكافأة التواجد الفعلي للعملاء في المتجر.
    • زيادة المبيعات. يؤدي استخدام مستشعرات إشارة البلوتوث بما يتماشى مع تطبيقه إلى زيادة طلبات المنتجات والخدمات. يظهر هذا في الغالب في الملاعب أثناء الأحداث الرياضية. عبر المنارات وتطبيق الملعب, يصبح الزائرون في وضع يسمح لهم بتلقي رسائل حول عروض الأطعمة والمشروبات التي تدعم المبيعات حسب الأوقات.

الخيارات المذكورة أعلاه لا تقيد بشكل طبيعي أي شخص من استخدام مستشعرات إشارة Bluetooth منخفضة الطاقة. كل شيء يخضع للإبداع والخيال.

اردوينو: قراءة بيانات الاستشعار والتحكم فيها باستخدام البلوتوث

يهدف هذا القسم إلى جمع بيانات الاستشعار من حساس درجة الحرارة البسيط ثم نقلها إلى جهاز الكمبيوتر عن طريق الاتصال بالبلوتوث. على جانب واحد من جهاز الكمبيوتر, يجب كتابة رسم بسيط لاردوينو بمستشعر بلوتوث. سيتم تحميله لاحقًا على لوحة Arduino, المساعدة في تحديد الوقت على الشاشة التسلسلية ورؤية بيانات المستشعر.

يجب أن تكون العناصر التالية متاحة حتى تتم التجربة بسلاسة

• • • اردوينو أونو متحكم
    • HC-05 وحدة بلوتوث MOKOBlue
    • جهاز استشعار درجة الحرارة
    • كابل USB
    • أسلاك العبور
    • اللوح

خطوة 1: قم بإعداد اتصالات الدائرة

لبدء العملية, قم بترتيب توصيلات دائرة لوحة الاردوينو كما في الرسم البياني أعلاه. يتم إنشاء اتصالات Bluetooth بين وحدة Bluetooth والكمبيوتر بعد إجراء هذه الاتصالات.

يتم استخدام دائرة مقسم الجهد لتوصيل HC-05 وحدات بلوتوث لخطوط الجهد. المفوض السامي-05 قد تتضرر إذا لم تكن قوية بما يكفي لتحمل خط 5 فولت. يُنصح بتوصيله بخط 3.3 فولت, الذي يبقيك على الجانب الآمن. وحدة Bluetooth TX متصلة بـ Arduino’s R.X, بينما تكون وحدة Bluetooth R.X pin متصلة بدبوس TX الخاص بـ Arduino.

خطوة 2: إنشاء اتصالات بلوتوث

بعد إعداد توصيلات الدائرة بنجاح, يجب أن تكون قادرًا على رؤية وميض على وحدة Bluetooth مما يدل على أنها جاهزة للعمل وجاهزة للاقتران بالكمبيوتر الشخصي.

في حالة عدم احتواء الكمبيوتر الذي تستخدمه على تقنية Bluetooth مدمجة, قم بإعداد الاتصال باستخدام دونجل Bluetooth. في حالة وجود بلوتوث يحمل في ثناياه عوامل في الكمبيوتر, انتقل إلى قسم لوحة التحكم وحدد -> الأجهزة والصوت -> قم بإضافة جهاز على قسم أيقونة Bluetooth على شريط المهام. يجب أن يكتشف الكمبيوتر HC-05 وحدة Bluetooth وقم بإقران الكمبيوتر مع HC-05 وحدة. استخدم إما "1234".’ أو ‘0000’ كرمز الاقتران.

خطوة 3: تحميل كود اردوينو

افتح Arduino IDE بعد إقران وحدة Bluetooth بنجاح. قم بتنزيل وفهم الرموز ولكن لا تتضمن أي مكتبات خاصة.

خطوة 4: قم بتحميل كود اردوينو الخاص بك

أولاً, تأكد من أنك فهمت رسوماتك جيدًا وتحققت منها قبل التحميل. قم بإجراء التغييرات اللازمة إذا كانت هناك حاجة لذلك. بعد التأكد من الرسم, حدد اللوحة الصحيحة واختر المنفذ الصحيح للاتصال بلوحة Arduino. ثم انتقل إلى الأدوات -> المنفذ والأدوات -> المجلس في المقابل. لتنفيذ الإجراء بشكل صحيح, انقر فوق Arduino Uno إلى COM3.

بعد إنشاء المنفذ واللوحة الصحيحة, افصل دبابيس R.X وTX عن لوحة Arduino, ثم قم بتحميل كود Arduino الخاص بك. من المحتمل أن تحصل على خطأ يشير إلى أن منفذ COM مشغول عندما لم تقم بفصل TX وR.X. دبابيس. قم بتحميل الرمز بمجرد قطع الاتصال, وقم بتوصيل دبابيس TX وR.X. إلى مواقعهم المعتادة.

خطوة 5: الحصول على البيانات النهائية

قم بتوصيل مصدر الطاقة بلوحة Arduino وافصل كابل USB الذي يربط كمبيوتر لوحة Arduino. مع هذا الإعداد, تقوم لوحة Arduino بجمع بيانات المستشعر عن بعد من خلال اتصال Bluetooth ويتم نقلها إلى الكمبيوتر باستخدام كابل USB.

التالي, حدد منفذ COM الذي يتصل بوحدة Bluetooth لرؤية بيانات مستشعر الشاشة التسلسلية. على شريط المهام, انقر على أيقونة البلوتوث واختر "فتح الإعدادات".,’ ثم التقط علامة التبويب "منافذ COM".’ يجب أن تكون قادرًا على رؤية بعض منافذ COM المتصلة بـ HC-05 وحدة. تأكد من أنك قد لاحظت بعناية "الصادرة".’ ميناء, ثم انتقل إلى رسم Arduino واضغط على الأدوات -> ميناء. اختر المنفذ الذي يوازي "الصادر".’ ميناء. بمجرد ضبط كل شيء, افتح الشاشة التسلسلية للمنفذ حيث يتم عرض بيانات مستشعر الوقت ودرجة الحرارة. اضغط على زر استراحة لوحة Arduino لتقييم البيانات من صفر ثانية فصاعدًا.

خطوة 6: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

بعد ملاحظة فاصل زمني 2 ثواني في كل من البيانات الزمنية على الشاشة التسلسلية ودرجة الحرارة على مستشعر مقياس التسارع Bluetooth, أعلم أن كل شيء يسير بشكل جيد. لكن, قد ينشأ تأخير طفيف لبضعة ميلي ثانية بين القراءات المتعاقبة المتوقعة والعادية أثناء نقل البيانات. من المرجح أن تواجه العديد من المشكلات والأخطاء إذا كنت جديدًا في استخدام اتصال Bluetooth الخاص بـ Arduino. لتجنب أي من هذه المشاكل, تأكد من أنك اتبعت النقاط التالية بشكل صحيح.

• • • تحقق من أن دبابيس R.X واتصالات TX ثابتة وصحيحة.
    • أعد التحقق من أن وحدة Bluetooth متصلة بشكل جيد, وأن تكون آمنة بما فيه الكفاية, استخدم دائرة مقسم الجهد أو قم بتوصيل HC-05 إلى 3.3V. لا تستخدم 5V أبدًا.
    • قد يؤدي الاتصال غير المحكم إلى توقف وحدة Bluetooth عن العمل. تأكد من وجود وميض LED مستمر على وحدة Bluetooth, مما يدل على أنه مدعوم.
    • أثناء تحميل الرسومات, حدد منافذ ولوحات COM المناسبة. بجانب, فكر في اختيار منفذ COM الصادر لوحدة Bluetooth المناسبة لتمكينك من عرض البيانات على الشاشة التسلسلية.
    • كما هو موضح في الخطوة 4, قم بتحميل الرسومات وتذكر قطع الاتصال وإعادة الاتصال عند تحميل الرسم.
    • تأكد من أن HC-05 تكون وحدة Bluetooth ضمن نطاق جهاز الكمبيوتر الخاص بك قبل تجربتها.

اتصال Arduino Bluetooth سهل الاتصال عند الاستخدام المتكرر. بمجرد أن يشعر شخص ما بالراحة معها, يصبح من السهل إرسال واستقبال البيانات.