دليل اختيار مستشعر المستوى اللاسلكي: NB-IoT vs LoRa vs WiFi مقابل 4G لمراقبة الخزان عن بعد

مقدمة

مع التطور السريع لإنترنت الأشياء الصناعي (IIoT)، يتم استبدال أنظمة مراقبة المستوى السلكية التقليدية تدريجيًا بأجهزة استشعار المستوى اللاسلكية. بالنسبة للخزانات البعيدة، وخزانات المياه، وخزانات الوقود، وخزانات تخزين المواد الكيميائية، وأنظمة المياه الزراعية، تتيح التكنولوجيا اللاسلكية مراقبة مستوى الوقت الفعلي-بدون تركيب أسلاك معقدة.

ما هو مستشعر المستوى اللاسلكي؟

A مستشعر المستوى اللاسلكيهو جهاز قياس صناعي يجمع بين تقنية استشعار المستوى وإمكانية الاتصال اللاسلكي لنقل بيانات مستوى الخزان عن بعد بدون كابلات مادية.

يتكون نظام مراقبة المستوى اللاسلكي النموذجي من:

• مستشعر المستوى (الضغط، الرادار، الموجات فوق الصوتية، إلخ)
• وحدة الاتصالات اللاسلكية (NB-IoT، LoRa، 4G، WiFi)
• منصة سحابية
• تطبيق جوال أو برنامج مراقبة

يعد اختيار طريقة الاتصال اللاسلكي الصحيحة أمرًا بالغ الأهمية لأن التقنيات المختلفة لها مزايا مختلفة من حيث التغطية واستهلاك الطاقة وتكلفة التثبيت وبيئة التطبيق.

خيارات الاتصال اللاسلكي الأربعة الأكثر شيوعًا لمراقبة الخزانات عن بعد هي NB-IoT، وLoRa/LoRaWAN، وWiFi، و4G.

1. ملحوظة: - مستشعر المستوى اللاسلكي لإنترنت الأشياء

الأفضل لـ: المراقبة عن بعد مع استهلاك منخفض للطاقة وتغطية خلوية واسعة

ملاحظة:-IoT (إنترنت الأشياء ضيق النطاق) عبارة عن تقنية إنترنت الأشياء الخلوية المصممة لتطبيقات المنطقة-المنخفضة الطاقة والواسعة-. ويستخدم الشبكات الخلوية الموجودة، مما يسمح لأجهزة استشعار المستوى اللاسلكي بالتواصل مباشرة مع السحابة دون الحاجة إلى بوابة إضافية.

مزايا إنترنت الأشياء-NB:

استهلاك منخفض للطاقة
ملاحظة: تعد مستشعرات إنترنت الأشياء-مثالية للتطبيقات التي تعمل بالبطارية-. يمكن أن يعمل المستشعر لسنوات مع فترات القياس والإرسال الأمثل.

تغطية واسعة
نظرًا لأنه يستخدم البنية التحتية الخلوية، يمكن لإنترنت الأشياء-NB توفير اتصالات موثوقة في العديد من المناطق النائية حيث يصعب نشر حلول الشبكات التقليدية.

لا توجد بوابة مطلوبة
يتصل كل مستشعر مباشرة بالشبكة الخلوية، مما يقلل من تعقيد التثبيت وتكاليف الصيانة.

التطبيقات النموذجية:

• مراقبة مستوى خزان المياه
• الإدارة الذكية للمياه
• الخزانات النائية
• خزانات تحت الأرض
• أنظمة مراقبة المرافق

القيود:

يتطلب توفر شبكة إنترنت الأشياء (IoT)-ملحوظة

غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب إرسالًا متكررًا للبيانات في الوقت الفعلي-.

2. مستشعر المستوى اللاسلكي LoRa / LoRaWAN

الأفضل لـ: مرافق كبيرة بها أجهزة استشعار متعددة وشبكات لاسلكية خاصة

LoRa (طويلة المدى) عبارة عن تقنية اتصالات لاسلكية منخفضة الطاقة-مصممة لنقل البيانات لمسافات طويلة-. تُستخدم شبكات LoRaWAN بشكل شائع في المنشآت الصناعية والمزارع وتطبيقات المدن الذكية حيث تحتاج أجهزة الاستشعار المتعددة إلى التواصل عبر بوابة محلية.

مزايا لورا:

مسافة انتقال طويلة
توفر LoRa نطاق اتصالات ممتاز، خاصة في البيئات المفتوحة مثل المزارع والخزانات والمواقع الصناعية.

استهلاك منخفض جدًا للطاقة-.
إن متطلبات الطاقة المنخفضة تجعله مناسبًا لأجهزة استشعار المستوى اللاسلكي التي تعمل بالبطارية.

اتصالات أجهزة الاستشعار المتعددة
يمكن لبوابة LoRaWAN واحدة أن تدعم العديد من أجهزة الاستشعار اللاسلكية، مما يجعلها فعالة من حيث التكلفة-لشبكات المراقبة الكبيرة.

التطبيقات النموذجية:

• مراقبة خزانات متعددة
• أنظمة الري الزراعية
• مراقبة مياه الصرف الصحي
• شبكات إنترنت الأشياء على مستوى المصنع-.

القيود:

يتطلب بوابة لورا

قد يتطلب نشر الشبكة تخطيطًا إضافيًا

3. مستشعر مستوى WiFi اللاسلكي

الأفضل لـ: التطبيقات الداخلية مع الشبكات اللاسلكية الموجودة

تعد شبكة WiFi إحدى تقنيات الاتصال اللاسلكي الأكثر شيوعًا. فهو يوفر نقل بيانات عالي السرعة-ويتوفر على نطاق واسع في المباني والمصانع والبيئات السكنية.

مزايا الواي فاي:

سرعة نقل البيانات العالية
تدعم شبكة WiFi الاتصال السريع وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تحديثات متكررة للبيانات.

التكامل السهل
تحتوي معظم المرافق بالفعل على شبكات WiFi، مما يقلل من متطلبات البنية التحتية الإضافية.

تكلفة اتصالات منخفضة
لا يلزم الاشتراك في البيانات الخلوية عند استخدام الشبكات الحالية.

التطبيقات النموذجية:

• خزانات مياه داخلية
• بناء شبكات المياه
• مراقبة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء
• تطبيقات المنزل الذكي

القيود:

استهلاك أعلى للطاقة مقارنةً بـ NB-IoT وLoRa

مسافة اتصالات محدودة

ضعف الإشارة الناتج عن الجدران والهياكل المعدنية

4. 4مستشعر مستوى الشبكة اللاسلكية

الأفضل لـ: المراقبة في الوقت الفعلي-والتي تتطلب اتصالاً سريعًا

توفر شبكة 4G-اتصالات خلوية عالية السرعة وهي مناسبة للتطبيقات التي تتطلب نقلًا متكررًا للبيانات، والتكوين عن بعد، والتنبيهات في الوقت الفعلي-.

مزايا الجيل الرابع:

نقل البيانات في الوقت الفعلي-
تتيح تقنية 4G الاتصال السريع بين أجهزة الاستشعار والمنصات السحابية وأنظمة المراقبة.

توافر واسع

تنتشر شبكات الجيل الرابع على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم، مما يجعلها مناسبة للعديد من التطبيقات الصناعية.

لا توجد بوابة محلية مطلوبة

وكما هو الحال مع NB-IoT، يمكن لأجهزة استشعار 4G الاتصال بالإنترنت مباشرة من خلال الشبكات الخلوية.

التطبيقات النموذجية:

• مراقبة خزان الوقود
• مراقبة تخزين المواد الكيميائية
• المعدات الصناعية عن بعد
• أنظمة إمدادات المياه في حالات الطوارئ

القيود:

استهلاك أعلى للطاقة

يتطلب بطاقة SIM وخطة البيانات الخلوية

ملحوظة:-مقارنة بين إنترنت الأشياء وLoRa وWiFi و4G

كيفية اختيار مستشعر المستوى اللاسلكي المناسب؟

تعتمد أفضل طريقة للاتصال اللاسلكي على عدة عوامل:

1. موقع التثبيت

بالنسبة للمناطق النائية التي لا تحتوي على بنية تحتية سلكية، يُفضل عادةً NB-IoT أو 4G.

2. عدد نقاط المراقبة

بالنسبة لعشرات أو مئات الدبابات في موقع واحد، يمكن لـ LoRaWAN تقليل تكاليف النشر.

3. توفر الطاقة

بالنسبة إلى أجهزة الاستشعار التي تعمل بالبطارية-، يعد NB-IoT وLoRa خيارين أفضل نظرًا لانخفاض استهلاك الطاقة.

4. متطلبات تردد البيانات

للحصول على تحديثات متكررة وتنبيهات في الوقت الفعلي-، توفر شبكة 4G أو WiFi اتصالاً أسرع.

خاتمة

لا توجد تقنية لاسلكية واحدة مناسبة لكل تطبيق لمراقبة الخزانات عن بعد.

• ملاحظة: يعد إنترنت الأشياء-مثاليًا للمراقبة عن بعد-منخفضة الطاقة وطويلة الأمد-.
• يعد LoRa/LoRaWAN الخيار الأفضل لشبكات الاستشعار-الكبيرة الحجم.
• تعمل شبكة WiFi بشكل جيد للتطبيقات الداخلية مع الشبكات الحالية.
• توفر شبكة 4G LTE اتصالاً سريعًا وموثوقًا للمراقبة في الوقت الفعلي-.

من خلال الجمع بين تقنية قياس مستوى الدقة العالية- وطريقة الاتصال اللاسلكي الصحيحة، توفر مستشعرات المستوى اللاسلكي حلاً مرنًا وفعالاً من حيث التكلفة-ووثوقًا به لمراقبة الخزانات الصناعية الحديثة.

أهم 5 أسئلة شائعة حول مستشعرات المستوى اللاسلكي

1. ما هي أفضل تقنية اتصال لاسلكية لمستشعر المستوى؟

لا يوجد خيار عالمي أفضل لأن طريقة الاتصال المثالية تعتمد على التطبيق. يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار الموقع، وتوافر الطاقة، وتكرار البيانات، وظروف الشبكة.

2. إلى أي مدى يمكن لمستشعر المستوى اللاسلكي نقل البيانات؟

تعتمد مسافة الإرسال على تكنولوجيا الاتصال وبيئة التثبيت.

الخصائص النموذجية:

ملحوظة:-إنترنت الأشياء: تغطية خلوية واسعة من خلال الشبكات الحالية

LoRaWAN: عدة كيلومترات في المناطق المفتوحة حسب الهوائي والبيئة

WiFi: عادةً ما يكون مناسبًا للاتصالات الداخلية لمسافات قصيرة-.

4G: يستخدم الشبكات الخلوية ويستطيع تغطية مناطق جغرافية واسعة

بالنسبة للخزانات البعيدة، غالبًا ما يتم تفضيل التقنيات الخلوية مثل NB-IoT و4G لأنها لا تتطلب بوابات محلية.

3. ما المدة التي تدوم فيها بطارية مستشعر المستوى اللاسلكي؟

يعتمد عمر البطارية على عدة عوامل:

تردد القياس

الفاصل الزمني لنقل البيانات

طريقة الاتصال اللاسلكي

درجة الحرارة البيئية

استهلاك طاقة الاستشعار

بالنسبة إلى تطبيقات الطاقة- المنخفضة التي تستخدم اتصالات NB-IoT أو LoRa، يمكن عادةً أن تعمل مستشعرات المستوى اللاسلكي التي تم تكوينها بشكل صحيح لعدة سنوات دون استبدال البطارية.

4. هل يمكن استخدام أجهزة استشعار المستوى اللاسلكي في الهواء الطلق؟

نعم. تم تصميم مستشعرات المستوى اللاسلكي الصناعية للبيئات الخارجية عندما تكون مجهزة بحماية مناسبة.

5. هل يجب أن أختار مستشعر مستوى الموجات فوق الصوتية أو مستشعر مستوى الرادار؟

يعتمد الاختيار على الوسط وظروف العمل. إن اختيار تقنية الاستشعار الصحيحة لا يقل أهمية عن اختيار طريقة الاتصال اللاسلكي. انظر المقال السابقهنا.

عن المؤلف

مهندس تطبيقات أول في MACSENSOR

وانغ لي هو مهندس أول لتطبيقات الاستشعار في MACSENSOR، وهو متخصص في قياس الضغط الصناعي ومراقبة المستوى وحلول استشعار إنترنت الأشياء اللاسلكية. ومع 12 عامًا من الخبرة في تطبيقات أدوات العمليات، ساعد العملاء على تطوير أكثر من 300 حل قياس مخصص عبر صناعات مثل معالجة المياه والبتروكيماويات وإدارة الوقود والزراعة والأتمتة الصناعية.

تغطي خبرته اختيار مستشعر المستوى اللاسلكي، وأنظمة مراقبة الخزان عن بعد، وتقنيات قياس الضغط ومستوى الرادار، وحلول الاتصالات الصناعية. لقد شارك في تصميم أنظمة المراقبة للخزانات البعيدة، وصهاريج التخزين، والمعدات الصناعية حيث يعتبر نقل البيانات بشكل موثوق والتشغيل على المدى الطويل- أمرًا بالغ الأهمية.

يحمل وانغ لي درجة البكالوريوس في هندسة الأتمتة وهو مكرس لتطبيق تكنولوجيا الاستشعار وحلول إنترنت الأشياء الصناعية لتحسين موثوقية القياس والكفاءة التشغيلية والتحول الرقمي للعملاء العالميين.