تقنية LoRa مع Raspberry PLC: مقدمة في الاتصالات بعيدة المدى

في مجال الأتمتة الصناعية، يُعدّ الاتصال بعيد المدى ضروريًا لربط الأجهزة عبر مسافات طويلة مع الحفاظ على استهلاك منخفض للطاقة. ومن التقنيات التي تلبي هذا المطلب تقنية LoRa (الاتصال بعيد المدى). في هذه المقالة، سنستكشف كيفية استخدام LoRa مع وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من نوع Raspberry Pi لإنشاء حلول اتصال لاسلكي فعّالة ومناسبة للصناعة.

ما هي تقنية LoRa؟

تقنية LoRa هي تقنية اتصالات لاسلكية تُمكّن من نقل البيانات عبر مسافات طويلة (تصل إلى 15 كيلومترًا في المناطق الريفية) مع استهلاك ضئيل جدًا للطاقة. تُستخدم هذه التقنية في العديد من تطبيقات إنترنت الأشياء، وهي مناسبة بشكل خاص للمشاريع الصناعية التي تتطلب اتصالات موثوقة وموفرة للطاقة.

تُستخدم تقنية LoRa غالبًا في شبكات LoRaWAN (شبكة المنطقة الواسعة طويلة المدى)، والتي تُمكّن الاتصال بين الأجهزة البعيدة مثل أجهزة الاستشعار أو المشغلات أو أجهزة التحكم.

لماذا نستخدم تقنية LoRa في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi؟

يُعدّ جهاز Raspberry Pi منصة مرنة وغير مكلفة تُمكّنك من إنشاء حلول أتمتة مُخصصة. ومن خلال دمج وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) مع تقنية LoRa، يُمكنك إضافة إمكانيات اتصال بعيدة المدى مع الاستفادة من قوة معالجة Raspberry Pi.

يتيح لك الجمع بين تقنية LoRa ووحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi ما يلي:

• قم بتوصيل أجهزة الاستشعار والمحركات عبر مسافات طويلة بدون أسلاك.

• خفض تكاليف البنية التحتية عن طريق إلغاء الحاجة إلى الكابلات المادية للاتصالات.

• إنشاء شبكات استشعار لتطبيقات مثل المراقبة البيئية، وتتبع المعدات الصناعية، أو إدارة استهلاك الطاقة.

وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi

نظام Raspberry Pi PLC هو نظام قائم على Raspberry Pi يحل محل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة الصناعية التقليدية (PLCs). ويُستخدم للتحكم في الآلات والعمليات والأنظمة الآلية في مختلف الصناعات.

يمكن لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi دمج المدخلات والمخرجات الرقمية والتناظرية، ويمكن برمجتها باستخدام برامج مثل Node-RED أو Python أو C++ لإدارة العمليات الصناعية. كما يمكن إضافة وحدات اتصال لربط أجهزة مختلفة، مثل أجهزة الاستشعار أو المشغلات، عبر بروتوكولات مثل Modbus أو BACnet أو LoRa .

كيفية استخدام تقنية LoRa مع وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من نوع Raspberry Pi؟

لإضافة إمكانية LoRa إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi الخاصة بك، ستحتاج إلى بعض المكونات:

• وحدة LoRa : تتيح هذه الوحدة لجهاز Raspberry Pi التواصل لاسلكيًا مع أجهزة LoRa الأخرى. يمكنك استخدام وحدات شائعة مثل Ra-02 أو SX1278 .

• هوائي LoRa : تتطلب وحدة LoRa الجيدة أيضًا هوائيًا لزيادة نطاق واستقرار الاتصال إلى أقصى حد.

• جهاز Raspberry Pi : سيعمل جهاز Raspberry Pi كوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC)، مع نظام تشغيل مثل Raspberry Pi OS لتشغيل التطبيقات والبرامج النصية اللازمة.

• برامج البرمجة : يمكنك استخدام لغة بايثون لكتابة البرامج النصية التي ستتفاعل مع وحدة LoRa وتدير المدخلات/المخرجات.

خطوات استخدام تقنية LoRa مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi :

1. قم بتوصيل وحدة LoRa بجهاز Raspberry Pi :

   • قم بتوصيل وحدة LoRa بمنافذ GPIO الخاصة بجهاز Raspberry Pi. ستحتاج إلى موصل SPI للتواصل بين جهاز Raspberry Pi ووحدة LoRa.

   • يمكنك استخدام مكتبات مثل pyLoRa لتكوين الوحدة وإرسال البيانات.

2. قم بتثبيت مكتبة بايثون الخاصة بـ LoRa :
   ستحتاج إلى تثبيت مكتبة تُمكّنك من التحكم في وحدة LoRa باستخدام لغة بايثون. على سبيل المثال، تُعدّ pyLoRa مكتبة بسيطة لربط جهاز Raspberry Pi بوحدة LoRa.

   
   

   sudo pip install pyLoRa

3. برمجة اتصالات LoRa :
   بعد تثبيت المكتبة، يمكنك كتابة برنامج بايثون لإرسال واستقبال البيانات عبر تقنية LoRa. إليك مثال على برنامج بسيط لإرسال البيانات عبر LoRa:

   
   

   from lora import LoRa lora = LoRa() # Initialiser la communication LoRa lora.begin() # Envoyer un message lora.send( "Hello LoRa!" ) # Recevoir un message message = lora.receive() print ( "تم استلام الرسالة: " , message)

   يقوم هذا البرنامج النصي بتهيئة وحدة LoRa، وإرسال رسالة، ثم ينتظر رسالة واردة.

4. استخدام المدخلات/المخرجات مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi :
   بمجرد إنشاء اتصال LoRa، يمكنك التفاعل مع أجهزة الاستشعار والمحركات باستخدام منافذ الإدخال/الإخراج الخاصة بـ Raspberry Pi. على سبيل المثال، يمكنك استقبال بيانات المستشعر عبر LoRa واستخدامها لتشغيل إجراءات على المخرجات (مثل تشغيل مصباح LED أو محرك).

5. إنشاء واجهة مستخدم (اختياري) :
   إذا كنت ترغب في عرض البيانات المرسلة عبر LoRa أو التفاعل معها، يمكنك إنشاء واجهة مستخدم بسيطة باستخدام Tkinter أو Node-RED . وهذا مفيد لمراقبة أجهزة الاستشعار والتحكم في المشغلات عن بُعد.

مثال على تطبيق صناعي:

تخيل سيناريو تحتاج فيه إلى مراقبة درجة الحرارة في منشأة صناعية واسعة النطاق. باستخدام وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من نوع Raspberry Pi مزودة بتقنية LoRa، يمكنك وضع مستشعرات درجة حرارة LoRa في مواقع مختلفة حول المنشأة وإرسال البيانات إلى وحدة Raspberry Pi مركزية، والتي ستعمل كوحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.

• المدخلات : تقوم مستشعرات درجة الحرارة بتقنية LoRa بإرسال البيانات إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi.

• المخرجات : بناءً على البيانات المستلمة، يمكن لجهاز Raspberry Pi تنشيط أو تعطيل الأجهزة مثل أنظمة التهوية أو أجهزة الإنذار في حالة ارتفاع درجات الحرارة.

يقلل استخدام تقنية LoRa من الحاجة إلى الكابلات ويبسط عملية التثبيت في المواقع الكبيرة أو التي يصعب الوصول إليها.

مزايا تقنية LoRa في مجال الأتمتة الصناعية:

• المدى الطويل : تتيح تقنية LoRa الاتصالات اللاسلكية عبر مسافات طويلة (تصل إلى 15 كم).

• استهلاك منخفض للطاقة : تم تصميم LoRa للتطبيقات التي يكون فيها عمر البطارية مهمًا، وهو مثالي للمنشآت التي تكون فيها الطاقة محدودة.

• سهولة التكامل : يعد دمج تقنية LoRa مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi أمرًا بسيطًا نسبيًا ويمكن القيام به باستخدام مكونات غير مكلفة.

• الموثوقية : تعمل تقنية LoRa بشكل جيد حتى في البيئات الصناعية الصاخبة، مما يوفر اتصالاً موثوقاً.

خاتمة

يُوفر دمج تقنية LoRa مع وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة (PLC) من نوع Raspberry Pi حلاً فعالاً للاتصالات اللاسلكية في تطبيقات الأتمتة الصناعية. فبفضل LoRa، يُمكنك ربط أجهزة الاستشعار والمشغلات عبر مسافات طويلة مع تقليل تكاليف البنية التحتية وخفض استهلاك الطاقة. وسواءً كان الهدف هو مراقبة البيئة، أو التحكم في الآلات، أو إدارة الطاقة، فإن هذه التقنية تُوفر مرونة وموثوقية عاليتين في الأنظمة الصناعية.

النقاط الرئيسية:

• تتيح تقنية LoRa الاتصال اللاسلكي عبر مسافات طويلة مع استهلاك منخفض للطاقة.

• يتيح دمج تقنية LoRa مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة Raspberry Pi إنشاء حلول لاسلكية فعالة للأتمتة الصناعية.

• يمكنك استخدام مكتبات بايثون لتكوين اتصال LoRa والتفاعل مع أجهزة الاستشعار والمشغلات.

• تُعد تقنية LoRa مناسبة بشكل خاص لتطبيقات إنترنت الأشياء الصناعية، حيث توفر نطاقًا واسعًا وموثوقية عالية.