تله متری

تله متری هوش کنترل از راه دور
تله متری هوش کنترل از راه دور

تجهیزات تله متری به دستگاه‌هایی اطلاق می‌گردد که با نصب در محل مورد نظر قادر به آنالیز مداوم و پیوسته نمونه‌ها در دوره‌های زمانی قابل تنظیم بوده و نتایج حاصل را به مراکز مورد نظر ارسال می‌کنند. با تعریف فوق تنها هنگامی می‌توان یک تجهیز را آنلاین تلقی نمود که عمل آنالیز با ارسال همزمان نتایج تکمیل گردد. با توجه به خروجی‌های استاندارد آنالوگ و دیجیتال موجود بر روی تجهیزات و آنالایزرهایOnline  کلیه نتایج به طرق مختلف و با بهره گیری از پروتکل‌های استاندارد قابل ارسال می‌باشند.

تله متری متمرکز

این نوع تله متری بصورت گسترده در کارخانجات و صنایع مانند نفت و گاز استفاده می شود. در این نوع پروژه ها بدلیل کم بودن بعد مسافت نسبت به پروژه های غیر متمرکز و تعدد آنالایزرها از کابل کشی، دستگاه های مبدل، سیستم کنترل مرکزی مناسب استفاده می شود. در برخی موارد که با محدودیت های کابل کشی مواجه شویم از سیستم های Wifi یا رادیویی نیز می توان بهره جست.

تله متری غیر متمرکز

برای دریافت نتایج دستگاه های پراکنده در مناطق وسیع و دور از یکدیگر از قبیل سطح شهر، استان یا کشور که دیگر استفاده از سیستم هایی مانند PLC و DCS مقرون به صرفه نمی باشد این شرکت با استفاده از دستگاه های ساخت خود و بر روی بستر هایی از قبیل مخابراتی، رادیویی و غیره اقدام به جمع آوری و پردازش داده ها می نماید.

  • تله متری به فرآیند اندازه گیری پارامتر یا جمع آوری اطلاعات از یک یا چند ایستگاه دور از مرکز یا غیر قابل دسترس و انتقال اطلاعات از طریق یک ارتباط تمام اتوماتیک گفته می شود به نحوی که داده ها از ایستگاه های راه دور برای واحد مانیتورینگ ارسال شود. کلمه تله متری ( Telemetry ) از ترکیب دو واژه یونانی Tele به معنی راه دور و metron به معنای اندازه گیری به دست آمده است. در مقابل سیستم های تله متری که به کار جمع آوری اطلاعات از نقاط مختلف می پردازند ، سیستم های تله کامند ( Telecommand ) قرار دارند که به ارسال دستورات از یک نقطه مرکزی برای سایر نقاط راه دور می پردازند.
  • اگر چه واژه تله متری بیشتر برای دستگاه هایی با ارتباط بیسیم به کار می رود ، اما تله متری انتقال اطلاعات از طریق خطوط تلفن ، شبکه های LAN ، فیبر نوری و سایر رسانه های سیمی را نیز در بر می گیرد. امروزه اغلب دستگاه های تله متری از مزایای ارتباط از طریق شبکه های GSM موبایل بهره مند هستند و با استفاده از شبکه های GSM می توانند در اکثر نقاط به کار گرفته شوند و ارتباطی ارزان و پایدار را از طریق پیام کوتاه ( SMS ) با مرکز خود برقرار کنند.
  • Telemeter به دستگاهی اطلاق می شود که برای اندازه گیری هر کمیتی به کار گرفته می شود و شامل سنسور ، کانال ارتباطی و دستگاه نمایش ، ذخیره سازی یا کنترل باشد. Telemeter دستگاهی فیزیکی است که در فرآند تله متری مورد استفاده قرار می گیرد.
  • هر چند در تله متری ، دستگاه های مکانیکی ، هیدرولیکی و نوری نیز به کار گرفته می شوند اما در فرآیند های تله متری دستگاه های الکترونیکی به طور گسترده به کار گرفته می شوند و می توانند بی سیم یا با سیم ، آنالوگ یا دیجیتال باشند.

تله متری کجا کاربرد دارد

هواشناسی

در علم هواشناسی از دستگاه های تله متری برای جمع آوری داده های ایستگاه های هوایی و ایستگاه های زمینی دور از دسترس استفاده می شود و پیشینه ی آن به سال ۱۹۲۰ میلادی باز می گردد.

صنایع نفت و گاز

از علم تله متری در حفاری چاه ها ، جمع آوری اطلاعات از عمق زمین و مانتورینگ آنلاین داده ها در صنعت نفت و گاز به طور ویژه ای استفاده می گردد.

هوا و فضا

در ماهواره ها و فضا پیما ها از تله متری برای مخابره داده های به زمین استفاده می شود که می تواند تا شعاع بیش از ۱۰ میلیارد کیلومتری زمین را پوشش دهد. ( NASA Deep Space Network )

مسابقات اتومبیلرانی

ار تله متری در مسابقات اتومبیلرانی مدرن نظیر مسابقات فرمول ۱ برای ارسال آنلاین اطلاعات مختلف نظیر شتاب ، جاذبه ، سرعت ، دما ، دور موتور ، تصمیمات راننده و … به مرکز کنترل استفاده می شود و مهندسین تیم با بررسی این اطلاعات می توانند سیستم ماشین را تنظیم ( Tune ) کنند و همچنین عملکرد راننده را مورد ارزیابی قرار دهند.

کشاورزی

در مزارع کشاورزی همه چیز به آب و هوا و خاک بستگی دارد ، از این رو از دستگاه های تله متری برای مانیتورینگ اطلاعاتی مانند دمای هوا ، میزان رطوبت خاک ، میزان بارش باران ، شدت و میزان تابش خورشید ، کم آبی و … استفاده می شود. این اطلاعات برای اخذ تصمیمات مهم در حوزه کشاورزی ضروری است و با استفاده از این اطلاعات مزارع کشاورزی می توانند بیشترین بازدهی را داشته باشند.

مدیریت آب و فاضلاب

استفاده از دستگاه های تله متری نقش بسیار بسزایی در بهبود عملکرد شرکت های آب و فاضلاب داشته است. با استفاده از دستگاه های تله متری شرکت های آب و فاضلاب می توانند پارامتر هایی نظیر کیفیت آب ، میزان آب های جاری در سطح زمین ، میزان آب های عبوری از لوله ها ، تشخیص نشتی و میزان نشتی در شبکه های توزیع را مانیتور کنند. همچنین از دستگاه های تله متری برای حفاظت از تجهیزات مانند ترانس ، پمپ و تله متری ایستگاه پمپاژ استفاده می شود.

همچنین سیستم های کنترل تله متری امکان خاموش و روشن کردن ( کنترل ) تجهیزات از راه دور را نیز برای مدیریت آب و فاضلاب فراهم نموده است.

مدیریت مصرف انرژی

در ساختمان ها و شرکت های بزرگ ، میزان مصرف انرژی توسط دستگاه های مختلف به واحد مربوطه ارسال و در آنجا مانیتور یا ذخیره می شود.

صنایع موشکی

در صنعت موشکی ، از دستگاه های تله متری برای تشخیص موقعیت ، سلامت پرتاب و اطمینان از قرار داشتن در ناحیه امن استفاده می گردد .

توزیع منابع

از تله متری برای توزیع درست منابع در مناطق گسترده نیز استفاده میگردد. به عنوان مثال برای تقسیم سوخت بین جایگاه های عرضه سوخت می توان میزان ذخیره مخزن جایگاه ها و شدت مصرف را در نرم افزاری به صورت آنلاین جمع آوری نمود و بر اساس این روند سرعت و میزان توزیع سوخت را اولویت بندی نمود.

تحقیقات حیات وحش

با قراردادن تگ های ویژه ای بر روی جانوران می توان زندگی یک گونه وحشی را در حیات وحش مانیتور نمود و اطلاعات بسیاری در مورد گونه های جانوری بدست آورد.

ارتباطات سیار

از دستگاه های تله متری برای مانیتورینگ ایستگاه های ارتباط سیار مانند دکل های موبایل استفاده می شود که در صورت بروز مشکل در سیستم به پرسنل مربوطه جهت سرویس ایستگاه اطلاع رسانی شود.

انبار های دارو و مواد غذایی

در انبار های دارو و مواد غذایی و سایر مواد فاسد شدنی ، با قرار دادن سیستم های تله متری پارامتر های مختلفی نظیر رطوبت ، دما و … را مانیتور و ذخیره می کنند تا از سلامت محصول در دوره نگه داری اطمینان حاصل شود.

ابط کاربری در سامانه های تله متری Embedded

  • سامانه های نهفته دارای انواع مختلفی هستند. بعضی از این سامانه ها هیچگونه رابط کاربری ندارند و تنها به انجام یک وظیفه مشخص اختصاص داده شده اند؛ دسته ای دیگر دارای رابط های کاربری تصویری پیچیده ای هستند که بی شباهت به کامپیوتر های مدرن رومیزی و سیستم عامل آن ها نیست. سامانه های نهفته ساده از دکمه ها، چراغ های LED، LCD های گرافیکی یا کاراکتری(برای مثال HD44780 LCD) و منویی ساده استفاده می کنند.
  • سامانه های پیچیده تر از صفحه نمایشی لمسی و یا با دکمه های کنار صفحه ای استفاده می کنند که علاوه بر کمینه کردن فضای مورد استفاده، باعث انعطاف پذیری بیشتر سیستم می شود: کاربرد دکمه  ها در هر صفحه عوض می شود و انتخاب آن ها، با حرکت بسیار طبیعی اشاره کردن اتفاق می افتد. دستگاه های قابل حمل و دستی اغلب داری صفحه ای با یک دکمه کنترلی(جوی استیک) هستند که با کمک آن می توان قسمت های مختلف صفحه را انتخاب کرد.
  • برخی از سیستم ها می توانند رابط کاربری را از راه دور و با استفاده از یک درگاه سریال(مانند RS-232، USB، I²C و …) و یا اتصال شبکه (مانند Ethernet) ارائه دهند. این حالت چندین ویژگی در بر دارد: این کار باعث گسترش توانایی های سامانه نهفته می گردد، از هزینه های یک صفحه نمایش اختصاصی اجتناب می شود، BSP ( بسته پشتیبانی از برد) را ساده تر می کند و امکان ساخت رابط های کاربری غنی تر و بهتری را بر روی کامپیوتر های شخصی فراهم می کند. مثال خوبی از این حالت، ترکیب یک وب سرور نهفته در حال اجرا بر روی یک سامانه نهفته ( مثلا یک دوربین امنیتی IP Camera)  و یا یک روتر شبکه است. در این حالت رابط کاربری بر روی یک مرورگر بر روی یک کامپیوتر که به دستگاه متصل شده است نمایش داده می شود و به این ترتیب، نیازی به نصب هیچ گونه نرم افزار اضافی نیست.

پردازنده ها در سامانه های نهفته یا امبدد سیستم

پردازنده های نهفته را می توان در دو دسته کلی طبقه بندی کرد. ریزپردازنده های معمولی (μP) ابرای حافظه  و بخش های جانبی از مدار های مجتمع جدا استفاده می کنند. در میکروکنترلر ها (μC)  بخش های جانبی بر روی خود چیپ قرار گرفته اند و در نتیجه میزان مصرف توان و اندازه و هزینه آن ها کمتر است. بر خلاف بازار کامپیوتر های شخصی، در سامانه های نهفته از معماری های پردازنده متفاوت و مختلفی استفاده می شود زیرا در این حالت، نرم افزار به طور سفارشی برای یک کاربرد مشخص طراحی می شود و محصولی به شمار نمی رود که خود کاربر بتواند آن را نصب کند. در این پردازنده ها از هر دو معماری فون نویمان و هاروارد استفاده می شود و  پردازنده های RISC (کامپیوتر های کم دستور) و غیر RISC نیز در این سامانه ها دیده شده اند. طول کلمات از 4 بیت تا 64 بیت و فراتر از آن نیز تغییر می کند البته نوع بسیار متداول آن همان 8 یا 16 بیتی است. بیشتر معماری ها دارای متغیر ها و شکل های مختلفی هستند و بسیاری از آن ها توسط چند شرکت مختلف تولید می شوند.

میکروکنترلر های متعددی برای استفاده در سامانه های نهفته ساخته شده اند. از ریز پردازنده های با کاربرد عمومی نیز در سامانه های نهفته استفاده می شود اما به طور کلی، این ریزپردازنده ها نسبت به میکروکنترلر ها به مدار های پشتیبان بیشتری احتیاج دارند.

بردهای کامپیوتری آماده

PC/104 و  +104/PC نمونه هایی از استاندارد های فعلی برای برد های کامپیوتری آماده هستند که برای سامانه های نهفته کوچک و با حجم کم طراحی شده اند و اغلب دارای معماری x86 هستند. این برد ها اغلب نسبت به یک کامپیوتر شخصی معمولی از نظر فیزیکی کوچک هستند با این وجود نسبت به ساده ترین سامانه های نهفته(8 یا 16 بیتی) بسیار بزرگ به شمار می روند. آن ها اغلب از سیستم عامل های DOS، لینوکس، NetBSD و یا از یک سیستم عامل نهفته بی درنگ(Real Time) مانند MicroC/OS-II ، QNX یا VxWorks استفاده می کنند. در بعضی موارد این برد ها از پردازنده های  با معماری متفاوت نسبت به x86 استفاده می کنند.

در برخی کاربرد های خاص، که در آن ها اندازه کوچک و یا بازده توانی  از اهمیت چندانی بر خوردار نیست، اجزای به کار رفته می توانند با اجزایی که در کامپیوتر های شخصی x86 معمولی به کار می روند سازگار باشند. برد هایی مانند  VIA EPIA با داشتن قابلیت سازگاری با کامپیوتر های شخصی و در عین حال یکپارچه بودن و کوچک تر بودن از نظر فیزیکی و یا ویژگی های دیگر، به کم کردن فاصله بین این دو دسته از کامپیوتر ها کمک می کنند و به گزینه ای جذاب برای مهندسین تبدیل شده اند. مزیت این رویکرد این است که می توان از اجزایی کم هزینه در کنار همان ابزار هایی که برای توسعه نرم افزار های عمومی کامپیوتر های معمولی به کار می روند استفاده کرد. سیستم هایی که به این طریق ساخته می شوند باز هم در دسته سامانه های نهفته قرار می گیرند زیرا در داخل یک دستگاه بزرگ تر قرار خواهند گرفت و و یک نقش مشخص را ایفا خواهند کرد. نمونه هایی از دستگاه هایی که می توانند از این رویکرد استفاده کنند شامل دستگاه های خودپرداز و دستگاه های بازی های آرکید هستند که هر دو از کد هایی مخصوص به نوع عملکرد خود استفاده می کنند.

با این وجود، بیشتر برد های نهفته از پیش ساخته شده،  بر مینای کامپیوتر های شخصی ساخته نشده اند و از گذرگاه(باس) های ISA یا PCI استفاده نمی کنند. زمانی که از یک پردازنده از نوع سیستم بر روی تراشه (system-on-a-chip) استفاده می شود، استفاده از گذرگاه های استاندارد که برای متصل کردن اجزای مجزا به کار می روند، مزیت خاصی ندارد و محیط ابزار های سخت افزاری و نرم افزاری  ممکن است بسیار متفاوت باشد.

یکی از طرح های متداول از یک ماژول کوچک سیستمی (به اندازه یک کارت ویزیت) با تراکم بالایی از چیپ های BGA مانند پردازنده های سیستم بر روی تراشه بر مبنای معماری ARM ،  بخش های جانبی، حافظه فلش خارجی برای ذخیره و حافظه دسترسی تصادفی پویا(DRAM) برای پردازش های در حال اجرا، استفاده می کند. تولید کننده چنین ماژولی معمولا نرم افزار بوت را نیز ارائه خواهد کرد و امکان انتخاب سیستم عامل از بین گزینه های مختلف( این گزینه ها معمولا شامل لینوکس نیز هست) و برخی انتخاب های دیگر را فراهم خواهد کرد. این ماژول ها می توانند توسط سازمان هایی که با مسائل تخصصی آزمایش کردن آن ها آشنا هستند، به صورت انبوه تولید شوند و در کنار مادربرد های سفارشی و قسمت های جانبی مخصوص به نوع کاربرد قرار بگیرند.

اجرا و پیاده سازی سامانه های نهفته نیز پیشرفت کرده و می توان آن ها را بر روی برد های آماده که بر مبنای پلتفرم هایی جهانی ساخته می شوند نصب کرد. این پلتفرم ها شامل Arduino و Raspberry Pi هستند اما به این دو محدود نمی شوند.

مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC ) و مدار  های مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر (FPGA)
یکی از حالت های متداول برای سامانه های نهفته با حجم مدار های بالا، استفاده از سیستم بر روی تراشه (SoC) هایی است که دارای یک سیستم کامل شامل چندین پردازنده، کش و رابط های مختلف بر روی یک تراشه می باشد. از SoC ها می توان به صورت مدارهای مجتمع با کاربرد خاص (ASIC ) یا مدارهای مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر(FPGA) استفاده کرد.

بخش های جانبی امبدد سیستم یا سامانه های نهفته

سامانه های نهفته از طریق بخش های جانبی با جهان بیرونی ارتباط برقرار می کنند. از بخش های جانبی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • رابط های ارتباط سریال(SCI) مانند RS-232، RS-422، RS-485 و غیره
  • رابط های ارتباط سریالی هماهنگ مانند I2C، SPI، SSC و ESSI
  • کارت های حافظه ( SD Cardها، Compact Flash ها و…)
  • شبکه ها مانند Ethernet و LonWorks
  • فیلدباس ها مانند CAN-Bus،  LIN-Bus، PROFIBUS
  • تایمر ها مانند حلقه گمشده فاز،  دریافت و مقایسه و واحد های پردازش زمان
  • ماژول های گسسته ورودی/خروجی یا  ورودی/خروجی های عمومی
  • مبدل های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ
  • اشکال زدایی (debugging) مانند JTAG، ISP، ICSP، BDM، Port، BITP و  پورت های DB9

تولید انبوه در برابر تولید با حجم کم

برای سیستم هایی که به صورت انبوه تولید می شوند، مانند پخش کننده های موسیقی قابل حمل یا گوشی های تلفن همراه، کمینه کردن هزینه معمولا اصلی ترین نکته درطراحی است. برای این منظور، مهندسین معمولا سخت افزاری را انتخاب می کنند که برای انجام کار های لازم، تنها به “اندازه کافی خوب” باشد.

برای سامانه های نهفته با حجم تولید کم یا سامانه های نهفته آزمایشی، از کامپیوتر های معمولی استفاده می شود. این کار با محدود کردن برنامه ها یا با جایگزین کردن سیستم عامل با یک سیستم عامل بی درنگ، انجام می گیرد.

کارکرد مدار SMS Control

  • یک سیم کارت را در ماژول قرارداده و بعد از آپلود کدها در آردوینو و اتصالات مدار چراغ سبز رنگ روی ماژول بعد از چند ثانیه شروع به چشمک زدن می‌کند. اگر هر ۳ ثانیه یکبار چشمک زد یعنی اینکه ماژول به شبکه وصل شده است.
  • با توجه به کدها ما رله ای که به پایه شماره ۲ وصل کرده‌ایم را با حرف A و رله متصل به پایه شماره ۴ را با حرف B مشخص کرده‌ایم. همچنین عدد ۰ به معنای غیرفعال کرده رله و عدد ۱ به معنای فعال کردن رله Relay می‌باشد.
  • مثلا اگه ما بخواهیم هر دو رله را با یک SMS فعال کنیم متن A1B1 را به شماره سیم کارتی که در ماژول قرار دارد می‌فرستیم.
  • و اگر بخواهیم فقط رله متصل به پایه شماره ۴ را فعال کنیم متن B1 را به سیم کارت می‌فرستیم و یا اگه بخواهیم هر دو رله را خاموش کنیم متن A0B0 را به ماژول می‌فرستیم.