انواع دیتالاگر های محیطی و کاربرد های آن

مقدمه

هدف اصلی پایش زیست محیطی ارائه داده ها در مورد کیفیت محیطی و روندهای تغییر جهت تضمین ایمنی زندگی و اموال عمومی است. با پایش و تحلیل شاخص های مختلف زیست محیطی می توان میزان آلودگی و کیفیت زیست محیطی را تعیین کرد. دامنه نظارت بر محیطی شامل کیفیت هوا، غلظت آلاینده ها،  میزان دما و رطوبت محیط، رطوبت خاک و انواع دیگر است. حسگرها اجزاء کلیدی در یک سیستم مبنتی بر اینترنت اشیاء (IoT) هستند که می توان با استفاده از آنها داده های دقیق و کاملا لحظه ای را از شرایط محیطی به دست آورد.

معرفی دیتالاگرهای محیطی

دیتالاگر های محیطی متشکل از یک یا مجموعه ای از حسگرها هستند که محیط را بررسی کرده و داده های مربوط به محیط را شناسایی می کنند. حسگرهای محیطی که درون دیتالاگرها به کار گرفته می شوند عبارتند از: حسگرهای خاک، حسگرهای دما و رطوبت، حسگرهای گاز، حسگرهای بارندگی، حسگرهای نور، حسگرهای سرعت و جهت باد و …. و نه تنها اطلاعات محیطی را می توان توسط حسگرها به طور دقیق اندازه گیری کرد، بلکه داده ها را نیز می توان آزمایش، ثبت، ذخیره و ارسال کرد.

انواع دیتالاگرهای محیطی

با توجه به مکان های مختلف پایش محیطی، انواع مختلفی از دیتالاگر محیطی وجود دارد. دقت، حساسیت و قیمت همه عواملی هستند که باید در انتخاب دیتالاگر محیطی در نظر گرفته شوند. در انتخاب دیتالاگر محیطی مناسب و با توجه به پارامترهای مختلف می توان 10 تقسیم بندی انجام داد که در ادامه به آن می پردازیم.

1- پایش دما و رطوبت

پایش دما و رطوبت اساسی ترین جزء دیتالاگرها محیطی  هستند. دما و رطوبت محیط نه تنها بر تولیدات کشاورزی و دامپروری تأثیر می گذارد، بلکه برای سلامت انسان نیز مهم است. اگر دما و رطوبت محیط خیلی زیاد یا خیلی کم باشد، تا حدودی بر بدن ما تأثیر می گذارد. تنها زمانی که در یک محدوده معقول نگهداری شود، می‌توان کل سلول‌های بدن افراد را در حالت فعال قرار داد. دما و رطوبت محیط را می توان با حسگرهای دما و رطوبت اندازه گیری کرد. در زیر چندین سنسور دما و رطوبت را به شما پیشنهاد می کنیم.

برای استفاده در یک شبکه بی سیم توزیع شده به طور مثال پایش میزان دما و رطوبت محیط های انبار یا محیط های گلخانه ای از دیتالاگر های بی سیم مدل TH-MW01 می توان استفاده کرد. این دیتالاگر ها بسیار کوچک و به راحتی بر روی دیوار نصب می گردند. دارای حسگرهای کاملا صنعتی و کالیبره شده هستند و می توان در هر محیطی از آنها استفاده کرد. همچنین مدل TH-MW02 با قابلیت های بیشتر مانند برخورداری از باتری ذخیره ساز، صفحه نمایشگر و دارای کارت حافظه داخلی نیز مورد استفاده می باشد که بیشتر کاربردهای آزمایشگاهی یا برای محیط ها داروخانه و انبارهای دارویی می توان از آن استفاده کرد.

2- پایش کیفیت هوا

دیتالاگرهای پایش کیفیت هوا از مهمترین دسته بندی های این محصولات هستند چرا که با سلامتی انسان ارتباط بسیار نزدیکی دارند. این دیتالاگرها را که معمولا به عنوان دستگاه پایش کیفیت هوا یا دستگاه پایش آلودگی ها شناخته می شوند طیف وسیعی از پارامترها و آلاینده های محیطی مانند ذرات معلق، ترکیبات آلی فرار، دی اکسید کربن، مونوکسید کربن، دی اکسید گوگرد، ازون و همچنین دما و رطوبت محیط را اندازه گیری می کنند و بر اساس شاخص های استاندارد جهانی وضعیت کیفیت هوا را تعیین می کنند. افرادی که برای مدت طولانی در محیطی با کیفیت هوای ضعیف زندگی می کنند دچار بیماری های مختلفی مانند آسم، آلرژی، بیماری های مزمن ریوی، قلبی در کوتاه مدت و یا بلند مدت می گردند. با اطلاع از وضعیت کیفیت هوا در هر لحظه می توان از بروز بیماری ها جلوگیری و یا شدت آن را کاهش داد. دستگاه پایش کیفیت هوا محیط داخلی مدل IAQ-MW01 یکی از محصولات ما در این دسته بندی می باشد.

3- پایش جو

دیتالاگرهای محیطی برای اندازه گیری فشار اتمسفر، نور خورشید و نویز (صدای ناهنجار و بیش از اندازه) گنجانده شده است. این سه نیز از اجزای پایش محیطی هستند. فشار اتمسفر ارتباط نزدیکی با آب و هوا دارد. به طور کلی، مناطق با فشار زیاد روی زمین معمولا آفتابی هستند و مناطق با فشار کم روی زمین معمولا روزهای ابری و بارانی دارند. نظارت بر فشار اتمسفر می تواند پیش بینی هایی در مورد آب و هوای آینده داشته باشد.

همچنین نور پیش نیاز گیاهان برای انجام فتوسنتز است و بر رشد و نمو گیاهان تأثیر می گذارد، بنابراین نظارت بر نور برای تولیدات کشاورزی مفید است. نصب دیتالاگرهای پایش میزان نور در مزارع و گلخانه ها یک گزینه برای کشاورزی هوشمند است.

سر و صدای محیطی به نویز صنعتی، سر و صدای ترافیک، صدای ساختمان و صدای زندگی تقسیم می شود. نویز صنعتی می تواند از عملکرد ماشین، ضربه و اصطکاک قطعات مکانیکی ناشی شود. سر و صدای ترافیک شامل صدای راه آهن، هوانوردی و دریایی است. نویز ساختمانی شامل چهار مرحله ساخت خاکی، شمع بندی، سازه و تزئین است. علاوه بر این، سر و صدای ایجاد شده توسط مکان های تجاری و تفریحی، سروصدای زندگی اجتماعی است. سر و صدا به شنوایی انسان آسیب می زند و قرار گرفتن طولانی مدت در محیط های آلوده به صدا می تواند منجر به فروپاشی ذهنی شود.

4- پایش پارامترهای خاک

پایش پارامترهای خاک محبوب ترین دیتالاگر محیطی در سال های اخیر در حوزه کشاورزی می باشد. سنسورهای خاک به طور کلی برای اندازه گیری عواملی مانند دما، رطوبت، هدایت الکتریکی، نیتروژن، فسفر، پتاسیم و pH که بر رشد محصول تأثیر می گذارند استفاده می شود. هم کشاورزی هوشمند و هم آبیاری هوشمند نیاز به  دیتالاگرهای خاک به عنوان واحدهای اندازه‌گیری دارند تا داده‌ها را از مکان‌های مختلف به سکوی نظارت (پلتفرم) برای ذخیره‌سازی، تجزیه و تحلیل و مدیریت علمی آپلود کنند.

5- پایش سرعت و جهت باد

نظارت بر سرعت باد و جهت باد توسط حسگرهای محیطی برای انعکاس اطلاعات هواشناسی استفاده می شود. در کشاورزی مدرن، از سنسورهای باد برای اندازه گیری سرعت و جهت باد، تجزیه و تحلیل تغییرات هواشناسی و ارائه هشدارهای به موقع برای ارائه زمان کافی به کشاورزان برای تقویت حفاظت در برابر بلایای هواشناسی استفاده می شود. علاوه بر این، آلاینده های موجود در جو نیز با سرعت و جهت باد تغییر می کند. تاثیر باد بر آلودگی هوا شامل جهت باد و سرعت باد است. به طور کلی جهت باد بر جهت انتشار آلاینده ها تأثیر می گذارد. آلاینده ها همیشه به سمت پایین باد منتقل می شوند و مناطق آلوده در جهت پایین باد متمرکز می شوند. سرعت باد قدرت و فاصله انتقال انتشار آلودگی هوا را تعیین می کند. هرچه سرعت باد بیشتر باشد، انتشار اتمسفر قوی‌تر و فاصله انتقال آلاینده بیشتر می‌شود.

دو نوع سنسور باد وجود دارد، مکانیکی و اولتراسونیک. سنسور سرعت باد سه فنجانی و حسگر جهت باد واحدهای اندازه گیری مستقلی هستند که می توانند به تنهایی یا به صورت ترکیبی مورد استفاده قرار گیرند و اغلب در ایستگاه های کشاورزی و هواشناسی استفاده می شوند. سنسور باد اولتراسونیک یک دستگاه یکپارچه است که سرعت باد و اندازه گیری جهت باد را ادغام می کند که به تنهایی قابل اندازه گیری نیست و اغلب در زمینه هایی مانند حمل و نقل و کشتیرانی استفاده می شود.

6- پایش وضعیت بارندگی

پایش بارندگی توسط حسگرهای محیطی دو عامل بارندگی و تبخیر را در نظر می گیرد. بارندگی بیش از حد به راحتی می تواند باعث سیل شود که نه تنها منابع آب را آلوده می کند، بلکه باعث آلودگی زباله های جامد نیز می شود. اکوسیستم های زمین های کشاورزی را نابود کنید و محیط زندگی مردم را به خطر بیندازید. تبخیر بیش از حد می تواند به راحتی منجر به خشکسالی شود. خشکسالی نه تنها کشاورزی را تحت تأثیر قرار می دهد، بلکه بر تولیدات صنعتی، تأمین آب شهری و محیط زیست محیطی نیز تأثیر می گذارد. کمبود آب برای گیاهان منجر به مرگ و میر زیادی می شود و بر این اساس زنجیره غذایی را از بین می برد. در حال حاضر باران سنج سطل بازتابی رایج ترین واحد اندازه گیری بارندگی است. دقت بالا و ارزش مرجع داده بالایی دارد که برای تحقیقات هواشناسی و اکولوژیکی مفید است. اغلب همراه با سنسور تبخیر استفاده می شود.

7- پایش میزان تشعشع

حسگرهای محیطی نیاز به اندازه گیری شدت تابش دارند. تابش خورشیدی، تابش فعال فتوسنتزی و اشعه ماوراء بنفش همگی بر محیط هواشناسی تأثیر می گذارند. به طور کلی، تابش خورشید بر توسعه و تغییرات بیشتر چیزهای روی زمین تأثیر می گذارد، بنابراین اندازه گیری تابش خورشید در بسیاری از زمینه ها ضروری است. اندازه‌گیری تابش خورشیدی در شرکت‌های برق می‌تواند مصرف انرژی مانند گاز طبیعی و برق را پیش‌بینی کند. در کشاورزی امکان مطالعه و پیش بینی عملکرد گیاهان وجود دارد. می توان از آن برای پیش بینی تغییرات آب و هوا استفاده کرد. به طور مشابه، قدرت پرتوهای فرابنفش نیز بر رشد حیوانات و گیاهان تأثیر می گذارد. پرتوهای فرابنفش بیش از حد بسیاری از موجودات را در محیط طبیعی از بین می برد و به سلامت انسان و موجودات آسیب می رساند و در نتیجه تنوع زیستی و تعادل اکولوژیکی را تحت تأثیر قرار می دهد. اگر به صورت افقی به سمت پایین قرار گیرد، تابش بازتابی را می توان اندازه گیری کرد و حلقه محافظ نور پراکنده را می توان برای اندازه گیری تابش پراکنده اضافه کرد. سنسور PAR عمدتا برای اندازه گیری تابش فعال فتوسنتزی نور طبیعی در محدوده طول موج 400-700 نانومتر استفاده می شود. تشعشعات فعال فتوسنتزی منبع انرژی برای فعالیت های حیات گیاهی، سنتز مواد آلی و تشکیل عملکرد است. سنسور UV مجموعه ای است که از یک عنصر حساس به نور برای تبدیل سیگنال UV به سیگنال الکتریکی استفاده می کند. معمولاً همراه با سایر سنسورهای آب و هوا استفاده می شود.

8- پایش آلاینده های گازی

نظارت بر گازهای مختلف توسط سنسورهای محیطی گازهای مختلفی در اتمسفر وجود دارد و تغییر در غلظت گاز می تواند باعث تغییرات محیطی شود. به عنوان مثال، غلظت بیش از حد دی اکسید کربن در جو باعث اثر گلخانه ای، غلظت بیش از حد ازن بر فتوسنتز گیاهان و سلامت انسان و غلظت دی اکسید گوگرد به طور جدی بر کیفیت هوا تأثیر می گذارد. بنابراین، نظارت بر غلظت گازهای مختلف با کمک سنسورهای گاز ضروری است. انجام اقدامات به موقع برای متخصصان مفید است.

سنسورهای رایج گاز شامل سنسور CO2، سنسور CO، سنسور CH4، حسگر NH3، سنسور O3، سنسور SO2، سنسور NO2، سنسور H2S، سنسور HCHO و غیره است. سنسورهای گاز در مکان های ثابت برای نظارت طولانی مدت بر غلظت آلاینده ها نصب می شوند که می توان آن را به صورت دستی و در هر مکانی کنترل کرد. در برخی مکان های قابل اشتعال و انفجار معمولاً سنسورهای گاز ضد انفجار نصب می شود.

9- پایش میزان سطح و فشار آب

اندازه گیری فشار و سطح مایع در آب می تواند به طور موثر تغییرات رودخانه ها، دریاچه ها و دریاها را تجزیه و تحلیل کند و از خشکسالی و سیل جلوگیری کند. فشار آب و سطح مایع نیز مبنای مهمی برای کارشناسان دریایی برای مطالعه فعالیت‌های بیولوژیکی دریایی است.

دیتالاگر های محیطی کجا استفاده می شوند؟

دیتالاگرهای محیطی مورد استفاده در سیستم های اینترنت اشیاء (IoT) به طور گسترده ای در صنایع مختلف و همچنین تحقیقات علمی و پژوهشی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در تحقیقات مربوط به آتشفشان ها، اقیانوس ها، یخچال های طبیعی و جنگل ها و غیره است. برخی دیگر از حوزه‌های کاربردی حسگر محیطی در زیر فهرست شده‌اند.

پایش آلودگی هوا

از آپارتمان‌ها گرفته تا کارگاه‌های تولید، شهرها روزبه‌روز از حسگرهایی استفاده می‌کنند که غلظت گازهای خطرناک را کنترل می‌کنند. این حسگرها می توانند از انتقال سیمی یا بی سیم برای آپلود داده ها در یک پلت فرم نظارتی یکپارچه استفاده کنند و امکان نظارت متمرکز در مناطق مختلف را فراهم کنند.

تشخیص آتش سوزی جنگل

حسگرهای محیطی را می توان در جنگل ها برای تشخیص آتش سوزی نصب کرد. این گره ها می توانند محیط اطراف را از نظر دما، رطوبت و گازهای ناشی از آتش سوزی درختان یا گیاهان نظارت کنند. تشخیص زودهنگام بسیار مهم است و با ثبت اطلاعات، آتش نشانان می دانند که آتش چه زمانی شروع می شود و کجا گسترش می یابد.

تشخیص زمین لغزش

سیستم های تشخیص زمین لغزش از حسگرهای شیب برای تشخیص حرکات جزئی خاک و تغییرات پارامترهای مختلف که ممکن است قبل یا در حین لغزش رخ دهد، استفاده می کنند. با این داده ها می توان وقوع زمین لغزش را خیلی قبل از وقوع واقعی پیش بینی کرد.