صفحة 163 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 | المادة: إنترنت الأشياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 | المادة: إنترنت الأشياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 1

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: درس تعليمي

📝 ملخص الصفحة

📚 البيانات السحابية وتنسيقاتها

المفاهيم الأساسية

المنصة السحابية: خدمة عبر الإنترنت (مثل Binary IoT Cloud) تستقبل وتخزن وتحلل البيانات من الأجهزة (مثل مستشعرات الحديقة الذكية).

خريطة المفاهيم

```markmap

تطوير وبرمجة الأردوينو

مشروع الحديقة الذكية بالأردوينو

المكونات المطلوبة

  • مستشعر الحرارة (Temperature Sensor)

توصيل المكونات

#### توصيل مستشعر درجة الحرارة

  • توصيل طرف Power (الطاقة) للمستشعر بالعمود الموجب في لوحة التوصيل (سلك أحمر).
  • توصيل طرف Vout (الجهد) للمستشعر بالطرف التناظري A2 في الأردوينو (سلك أخضر).
  • توصيل طرف GND (الأرضي) للمستشعر بالعمود السالب في لوحة التوصيل (سلك أسود).

    • #### توصيل مستشعر رطوبة التربة

  • توصيل طرف Power (الطاقة) للمستشعر بالعمود الموجب في لوحة التوصيل (سلك أحمر).
  • توصيل طرف GND (الأرضي) للمستشعر بالعمود السالب في لوحة التوصيل (سلك أسود).
  • توصيل طرف Signal (الإشارة) للمستشعر بالطرف التناظري A4 في الأردوينو (سلك أخضر).

    • #### الدائرة بصورتها النهائية

    • توصيل الأطراف بالمكونات
    • المكونات المتصلة:

    - مستشعر رطوبة التربة (Soil Moisture Sensor)

    - ترانزستور (TMP)

    - محرك (Motor)

    #### الدائرة المادية (Physical Circuit)

    • صورة الدائرة بمكوناتها المادية
    • المكونات الظاهرة:

    - مستشعر رطوبة التربة (Capacitive Soil Moisture Sensor v1.2)

    - لوحة الأردوينو (Arduino Uno R3)

    - لوحة التوصيل (Breadboard)

    - محرك التيار المستمر (DC Motor)

    برمجة المكونات

    #### الخطوات البرمجية

  • استدعاء المكتبات المطلوبة (pyfirmata, time)
  • تكوين منفذ الاتصال والأطراف (COM4، محرك DC، مستشعر درجة الحرارة، مستشعر الرطوبة)
  • إعداد الاتصال بين PyFirmata ولوحة الأردوينو
  • تنفيذ دالة التحكم في محرك التيار المستمر (water_plant)

    • #### استكشاف الأخطاء وإصلاحها

    ##### التحقق من صحة بيانات المستشعر

    • استخدام حلقة تكرار لا نهائية (`while True`)
    • قراءة القيم غير المعالجة من الأطراف التناظرية
    • إضافة شرط `if` للتحقق من أن القيم ليست `None`

    ##### معالجة وتحويل البيانات

    • تحويل قيمة درجة الحرارة إلى درجات مئوية
    • تحويل مستوى الرطوبة إلى نسبة مئوية

    ##### إدخال شروط الري

    • كتابة شرط التحكم في الري:

    - إذا كانت `(temperature >= 24.0) and (moisture <= 40.0)`

    - استدعاء دالة `water_plant(dc_motor_pin)`

    ##### عرض التقارير

    • طباعة تقرير درجة الحرارة: `"Temperature : " + str(temperature) + " C"`
    • طباعة تقرير الرطوبة: `"Moisture : " + str(round(moisture, 2)) + "%"`
    • إضافة `time.sleep(10)` في نهاية الحلقة

    التفاعل مع خدمات الويب السحابية

    #### تطوير المشروع

    • إرسال البيانات عبر خدمة الويب السحابية من منصة Binary IoT Cloud

    #### عرض البيانات على المنصة

    • عرض البيانات البيئية المجمعة بواسطة الأردوينو
    • مثال: جدول ورسوم بيانية لقراءات درجة الحرارة والرطوبة

    ##### بيانات مثال من المنصة

    • درجة الحرارة: تتراوح بين 25.36°C و 25.43°C
    • الرطوبة: تتراوح بين 39.39% و 42.84%

    #### التسجيل في المنصة السحابية

    ##### خطوات التسجيل

  • الانتقال إلى موقع المنصة: https://ksa-iot.azurewebsites.net/Login.aspx
  • الضغط على "تسجيل" من صفحة الترحيب.
  • تعبئة بيانات الحساب:

    • - اسم المستخدم (Username)

    - كلمة المرور (Password)

    - رقم التعريف الشخصي (PIN): 174563

  • الضغط على زر "Register" (تسجيل).

    • ##### واجهة التسجيل (شكل 4.26)

    • تحتوي على رمز QR للوصول.
    • نموذج يحتوي على حقول:

    - Username

    - Password

    - Confirm Password

    - Pin

    - زر Register

    • أرقام مرقمة (1-5) تشير إلى تسلسل الإجراءات.

    #### استدعاء واجهة برمجة تطبيقات الويب (Web API) باستخدام البايثون

    ##### مفهوم Web API و JSON

    • Web API: نقطة وصل للتواصل بين برنامج وخادم على الإنترنت.
    • JSON: تنسيق مفتوح لنقل البيانات (مفتاح - قيمة).

    ##### خطوات البرمجة

  • تثبيت حزمة `requests`:

    • ```

    #### تحليل البيانات السحابية

    ##### دور المنصة السحابية في الري

    • تحليل البيانات التاريخية والبيانات الحالية لتحسين كفاءة الري.

    ##### تنسيقات البيانات

    • JSON: تنسيق مفتوح لنقل البيانات (مفتاح - قيمة).
    • CSV: تنسيق آخر للبيانات.

    ```

    نقاط مهمة

    • يمكن للمنصة السحابية تحليل البيانات التاريخية والحالية لتحسين كفاءة ري الحديقة الذكية.
    • من المهم فهم الفرق بين تنسيقي البيانات JSON و CSV.

    📋 المحتوى المنظم

    📖 محتوى تعليمي مفصّل

    5

    نوع: محتوى تعليمي

    على فُرْض أنّه توفرت لك بيانات وقراءات تتعلق بمراقبة البيئة في الحديقة الذكية على المدى الطويل من الماضي، إضافة إلى البيانات الحالية التي تحصل عليها من المنصة السحابية. اشرح كيف يمكن للمنصة السحابية مساعدتك في ري حديقتك بكفاءة أكبر، واعرض أفكارك أدناه.

    6

    نوع: محتوى تعليمي

    قارن بين أنواع تنسيقات البيانات JSON و CSV.

    📄 النص الكامل للصفحة

    --- SECTION: 5 --- على فُرْض أنّه توفرت لك بيانات وقراءات تتعلق بمراقبة البيئة في الحديقة الذكية على المدى الطويل من الماضي، إضافة إلى البيانات الحالية التي تحصل عليها من المنصة السحابية. اشرح كيف يمكن للمنصة السحابية مساعدتك في ري حديقتك بكفاءة أكبر، واعرض أفكارك أدناه. --- SECTION: 6 --- قارن بين أنواع تنسيقات البيانات JSON و CSV.

    ✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

    عدد الأسئلة: 2

    سؤال 5: على فُرْض أنّه توفرت لك بيانات وقراءات تتعلق بمراقبة البيئة في الحديقة الذكية على المدى الطويل من الماضي، إضافة إلى البيانات الحالية التي تحصل عليها من المنصة السحابية. اشرح كيف يمكن للمنصة السحابية مساعدتك في ري حديقتك بكفاءة أكبر، واعرض أفكارك أدناه.

    الإجابة: س 5: الاستفادة من البيانات: - اكتشاف الأنماط الموسمية لضبط الجدول. - تحديد عتبات رطوبة دقيقة للري. - التنبؤ بالاحتياج المائي قبل الجفاف. - دمج العوامل المناخية لتقليل الهدر. - كشف الأعطال والتسريبات مبكراً.

    خطوات الحل:

    1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال: الفكرة هنا هي كيف يمكن الاستفادة من البيانات القديمة والجديدة معاً لتحسين عملية الري في الحديقة الذكية. المنصة السحابية تتيح جمع وتخزين وتحليل كميات كبيرة من البيانات. من خلال تحليل البيانات التاريخية (القراءات القديمة) مع البيانات الحالية، يمكن للمنصة اكتشاف أنماط متكررة، مثل فترات الجفاف أو الرطوبة العالية في مواسم معينة. هذا يساعد في ضبط جدول الري تلقائياً ليناسب هذه الأنماط. أيضاً، باستخدام تقنيات التحليل، يمكن تحديد مستويات دقيقة للرطوبة المثلى للتربة، مما يمنع الإفراط في الري أو نقصه. كما يمكن التنبؤ بالاحتياجات المائية المستقبلية بناءً على الاتجاهات السابقة، مما يسمح باتخاذ إجراءات وقائية قبل حدوث مشاكل مثل الجفاف. بدمج عوامل مناخية حالية (مثل درجة الحرارة والرطوبة الجوية) مع البيانات التاريخية، يمكن تقليل هدر المياه. وأخيراً، المنصة يمكنها مراقبة البيانات لاكتشاف أي انحرافات غير طبيعية قد تشير إلى أعطال أو تسريبات في نظام الري. إذن الإجابة هي: **الاستفادة من البيانات لاكتشاف الأنماط الموسمية لضبط الجدول، وتحديد عتبات رطوبة دقيقة للري، والتنبؤ بالاحتياج المائي قبل الجفاف، ودمج العوامل المناخية لتقليل الهدر، وكشف الأعطال والتسريبات مبكراً.**

    سؤال 6: قارن بين أنواع تنسيقات البيانات JSON و CSV.

    الإجابة: س 6: مقارنة التنسيقات: - البنية: JSON (هرمي مفاتيح/ قيم)، CSV (جدولي مسطح). - المرونة: JSON (يدعم التعقيد)، CSV (بسيط). - الاستخدام: JSON (واجهات API)، CSV (التقارير Excel). - الحجم: CSV غالباً أصغر.

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن JSON و CSV هما تنسيقان شائعان لتخزين وتبادل البيانات، ولكل منهما خصائص مختلفة. **الخطوة 2 (المقارنة):** لنقارن بينهما من عدة جوانب: - من حيث البنية: JSON يستخدم هيكلاً هرمياً يعتمد على أزواج المفتاح والقيمة (مثل الكائنات في البرمجة)، بينما CSV يعتمد على جدول مسطح من الصفوف والأعمدة. - من حيث المرونة: JSON أكثر مرونة لأنه يدعم هياكل بيانات معقدة مثل القوائم والكائنات المتداخلة، أما CSV فهو بسيط ومناسب للبيانات الجدولية. - من حيث الاستخدام: JSON شائع في واجهات برمجة التطبيقات (APIs) ونقل البيانات بين الأنظمة، بينما CSV يستخدم غالباً في التقارير والجداول مثل ملفات Excel. - من حيث الحجم: ملفات CSV تكون عادة أصغر حجماً لأنها تستخدم تنسيق نصي بسيط. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن المقارنة هي: **JSON له بنية هرمية (مفاتيح/قيم) ومرونة عالية ويستخدم في واجهات APIs، بينما CSV له بنية جدولية مسطحة وبسيط ويستخدم في التقارير مثل Excel، وعادةً يكون حجم CSV أصغر.**

    🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

    عدد البطاقات: 4 بطاقة لهذه الصفحة

    أي مما يلي يمثل أحد فوائد تحليل البيانات التاريخية والحالية في المنصة السحابية للحديقة الذكية؟

    • أ) اكتشاف الأنماط الموسمية لضبط جدول الري تلقائياً.
    • ب) زيادة تكرار الري بشكل عشوائي لضمان رطوبة التربة.
    • ج) استبدال أجهزة الاستشعار بشكل دوري دون تحليل البيانات.
    • د) إيقاف نظام الري خلال فترات الذروة الحرارية فقط.

    الإجابة الصحيحة: a

    الإجابة: اكتشاف الأنماط الموسمية لضبط جدول الري تلقائياً.

    الشرح: 1. المنصة السحابية تجمع وتخزن وتحليل كميات كبيرة من البيانات. 2. تحليل البيانات التاريخية مع الحالية يكشف أنماطاً متكررة مثل فترات الجفاف أو الرطوبة. 3. هذه الأنماط تساعد في ضبط جدول الري تلقائياً ليناسب الظروف الموسمية. 4. النتيجة: تحسين كفاءة الري وتقليل الهدر.

    تلميح: فكر في كيفية استخدام البيانات القديمة للتنبؤ بالاحتياجات المستقبلية.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

    ما الفرق الرئيسي في البنية بين تنسيقي البيانات JSON و CSV؟

    • أ) JSON له بنية جدولية معقدة، بينما CSV له بنية نصية بسيطة.
    • ب) JSON له بنية هرمية تعتمد على أزواج المفتاح/القيمة، بينما CSV له بنية جدولية مسطحة.
    • ج) JSON و CSV لهما نفس البنية ولكن يختلفان في طريقة التخزين.
    • د) JSON له بنية خطية تسلسلية، بينما CSV له بنية دائرية.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: JSON له بنية هرمية تعتمد على أزواج المفتاح/القيمة، بينما CSV له بنية جدولية مسطحة.

    الشرح: 1. JSON (JavaScript Object Notation) يستخدم هيكلاً هرمياً. 2. البيانات في JSON تُعرض ككائنات تحتوي على أزواج من المفاتيح والقيم. 3. CSV (Comma-Separated Values) يستخدم هيكلاً جدولياً مسطحاً. 4. البيانات في CSV تُعرض كصفوف وأعمدة مفصولة بفواصل. 5. النتيجة: JSON هرمي، CSV جدولي مسطح.

    تلميح: فكر في كيفية تنظيم البيانات في كل تنسيق.

    التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: سهل

    أي تنسيق بيانات أكثر مرونة لدعم الهياكل المعقدة مثل القوائم والكائنات المتداخلة؟

    • أ) تنسيق CSV.
    • ب) تنسيق JSON.
    • ج) كلاهما بنفس المرونة.
    • د) لا يدعم أي منهما الهياكل المعقدة.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: تنسيق JSON.

    الشرح: 1. المرونة تعني قدرة التنسيق على تمثيل هياكل بيانات متنوعة. 2. JSON يدعم هياكل معقدة مثل المصفوفات (القوائم) والكائنات المتداخلة داخل بعضها. 3. CSV مصمم للبيانات الجدولية البسيطة (صفوف وأعمدة) ولا يدعم التداخل بسهولة. 4. لذلك، JSON أكثر مرونة من CSV للهياكل المعقدة.

    تلميح: أي التنسيقين يمكنه تمثيل علاقات أكثر تعقيداً بين البيانات؟

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

    ما إحدى طرق الاستفادة من المنصة السحابية للتنبؤ بالمشكلات في نظام ري الحديقة الذكية؟

    • أ) إرسال تنبيهات عشوائية للمستخدم دون تحليل البيانات.
    • ب) كشف الأعطال والتسريبات مبكراً من خلال مراقبة الانحرافات غير الطبيعية في البيانات.
    • ج) إيقاف نظام الري بالكامل عند اكتشاف أي خلل بسيط.
    • د) الاعتماد فقط على الفحص البصري الدوري من قبل المستخدم.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: كشف الأعطال والتسريبات مبكراً من خلال مراقبة الانحرافات غير الطبيعية في البيانات.

    الشرح: 1. المنصة السحابية تراقب تدفق البيانات من أجهزة الاستشعار باستمرار. 2. باستخدام خوارزميات التحليل، يمكن اكتشاف أنماط غير طبيعية في القراءات. 3. الانخفاض المفاجئ في ضغط المياه أو الاستهلاك غير المعتاد قد يشير إلى تسرب. 4. قراءات غير متوقعة من مستشعر معين قد تشير إلى عطل. 5. النتيجة: الكشف المبكر يمنع الهدر ويوفر الصيانة الوقائية.

    تلميح: كيف يمكن للبيانات أن تنبهك قبل تفاقم المشكلة؟

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط