صفحة 312 - كتاب إنترنت الأشياء - الصف 11 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 برنامج كاب كاربون (CupCarbon)

المفاهيم الأساسية

برنامج كاب كاربون (CupCarbon): هو مدينة ذكية افتراضية وبيئة محاكاة لشبكة مستشعرات لاسلكية وحدات وأجهزة. يمكن استخدامه لتصميم وإنشاء وتمثيل شبكات إنترنت الأشياء.

خريطة المفاهيم

```markmap

تأثير إنترنت الأشياء على الصناعة

مقدمة

تأثير كبير على جميع مجالات الحياة

هدف الصناعة: تقليل التكلفة الإجمالية

تحدي: تأثير خفض التكلفة السلبي على خدمة العملاء والجودة

الصناعة الذكية

استخدام البيانات الضخمة

#### المراقبة الفورية للجودة

#### تحسين كفاءة الآلات الكلية (OEE)

#### تقليل وقت الإنتاج

الاستجابة لتحولات السوق وحاجات المستهلكين

التصنيع القائم على البيانات

تقارب التقنية التشغيلية (OT) والمعلوماتية (IT)

تكامل أعمق بين الآلات وعمليات التصنيع

إزالة الفجوة بين شبكات الصناعة والأعمال

دمج العمليات في بنية تحتية موحدة

تقارب التقنية التشغيلية والمعلوماتية

اتصال ومراقبة وتحسين الأجهزة القابلة للتطوير

اعتبار الآلات جزءاً من نظام شبكة متصل متكامل

تقليل تكلفة توصيل الأجهزة في النظام المتكامل

تقنية أفضل وتكلفة أقل

ظهور تقنيات جديدة

تحسين بيئات التشغيل

تعزيز الكفاءة والسلامة

التحكم الآلي والأتمتة (خاصة في الأغذية والمشروبات)

استخدام الروبوتات ومعالجة الصور

تحسين الكفاءة والسلامة في المصانع الحديثة

هيكلية المصنع المتصل

الدمج بين (IACS) وتقنية المعلومات

#### التحكم في العمليات الأساسية

#### مراقبة الاستخدام

#### سير السلامة عند الطوارئ

#### الهدف: الجودة والكفاءة مع التكامل والموثوقية

بروتوكول مودبس (Modbus)

#### بروتوكول معياري مفتوح للقطاع الصناعي

#### يعمل على بروتوكولات Ethernet و TCP/IP

#### آلية إدارة الأجهزة الرئيسة والتابعة

تحديات المصنع المتصل

هدف للقرصنة الإلكترونية

التقارب بين الشبكات يخلق ثغرات أمنية

الحل التقليدي: فصل شبكة المصنع عن شبكة تقنية المعلومات

#### عيوب الحل: يمنع التواصل مع عمليات الطبقة العليا ويحد من إمكانيات تحسين الأعمال

مخاطر إضافية من الأجهزة المحمولة والوصول غير المقيد

الحوسبة الطرفية في المصنع المتصل

مشكلة: الآلات تنتج كميات هائلة من البيانات

الحل التقليدي: نشر حواسيب لتخزين البيانات

#### مشاكل الحل التقليدي:

##### مشاكل صيانة وترقية أنظمة التشغيل

##### أعطال الأجهزة بسبب ظروف المصنع

##### عائق أمام جمع ومعالجة والاستجابة للبيانات بكفاءة

الحل الحديث: الحوسبة الطرفية

##### توصيل الآلات بأجهزة حوسبة طرفية مدمجة

##### تتضمن قدرات التبديل والتوجيه والأمن

##### تساعد على تطوير تحليلات البيانات الصناعية

صناعة النفط والغاز

أهمية: مورد أساسي للمواصلات والصناعات (مثل البلاستيك)

أهداف الشركات:

#### خفض التكاليف

#### زيادة الكفاءة والسرعة

#### زيادة عوائد الاستثمارات

مؤشرات الأداء الرئيسة (KPIs):

#### التحكم في التكاليف

#### تعزيز الصحة والسلامة

استخدامات إنترنت الأشياء في القطاع:

#### مراقبة حالة وسلوك المعدات

#### تحقيق أقصى قدر من كفاءة العمليات والموارد

#### تحسين عملية اتخاذ القرارات

مثال تطبيقي:

#### معمل الغاز في العثمانية (السعودية)

##### استخدام الطائرات دون طيار والكائنات الذكية

##### استخدام تحليلات البيانات لتحسين الاستخدام

##### آلاف مستشعرات إنترنت الأشياء في حقل خريص النفطي

تحديات الصناعة كمحركات للتحول إلى الرقمنة

إنترنت الأشياء والرقمنة يمهدان الطريق لتحسينات مستحيلة سابقاً ونماذج أعمال جديدة

محركات التحول الرقمي:

#### النمذجة والتحليلات المتقدمة

#### البيانات الضخمة

#### تقارب تقنية المعلومات (IT) والتقنية التشغيلية (OT)

#### الآلات الذكية

#### التنقل والتخزين السحابي

#### إدارة أداء الأصول

أدوات محاكاة إنترنت الأشياء

برنامج كاب كاربون (CupCarbon)

#### بيئة محاكاة لشبكات المستشعرات اللاسلكية

#### مدينة ذكية افتراضية

#### استخدامات:

##### تصميم وإنشاء وتمثيل شبكات إنترنت الأشياء

##### برمجة وحدة تحكم أردوينو (Arduino) وتجربتها على أجهزة حقيقية

#### أدوات المحاكاة:

##### Wi-Fi

##### LoRa (Zigbee)

##### خريطة الشارع المفتوح (OpenStreetMap) كواجهة

#### لغات البرمجة المدعومة:

##### البرمجة النصية (SenScript)

##### لغة البايثون

#### واجهة البرنامج:

##### تحتوي على أقسام مثل: Network Information، Devices & Objects، Radio Parameters

##### تعرض معايير مثل: Network Id (NID)، Radius، Data Rate، E_Tx، E_Rx

```

نقاط مهمة

• يعمل برنامج كاب كاربون على محاكاة شبكات إنترنت الأشياء باستخدام أدوات مثل Wi-Fi و LoRa (Zigbee).
• يستخدم خريطة الشارع المفتوح (OpenStreetMap) كواجهة لإجراء عمليات المحاكاة من أي مكان.
• بعد إنشاء الشبكة، يمكن استخدام البرنامج لبرمجة وحدة تحكم أردوينو (Arduino) وتجربتها على أجهزة حقيقية.
• تتواصل العقد في المحاكاة باستخدام البرمجة النصية (SenScript) أو لغة البايثون.
• واجهة البرنامج تعرض معايير مهمة للمحاكاة مثل: معرف الشبكة (NID)، نصف القطر (Radius)، معدل البيانات (Data Rate)، واستهلاك الطاقة للإرسال (E_Tx) والاستقبال (E_Rx).

ما برنامج كاب كاربون؟

برنامج كاب كاربون (CupCarbon) هو مدينة ذكية افتراضية، وبيئة محاكاة لشبكة مستشعرات لاسلكية وحدات، وأجهزة. يمكن استخدامه لتصميم وإنشاء وتمثيل شبكات إنترنت الأشياء، وتعمل هذه المحاكاة بواسطة أدوات متعددة مثل Wi-Fi و LoRa (Zigbee)، بالإضافة إلى استخدام خريطة الشارع المفتوح (OpenStreetMap) كواجهة للتمكن من إجراء عمليات المحاكاة من أي مكان.

بعد إنشائك للشبكة المطلوبة بنجاح، يمكنك استخدام برنامج كاب كاربون لبرمجة وحدة تحكم أردوينو (Aurduino) ويمكن تجربيها على أجهزة حقيقية. تتواصل العقد مع بعضها باستخدام البرمجة النصية (SenScript)، كما أنه يدعم لغة البايثون. سنقوم في هذه الوحدة ببرمجة العقد باستخدام لغة البايثون.

CupCarbon IoT 5.0 (C:\CupCarbon Projects\vmobility\vmobility.cup)

Project Edit Add Display Selection Solver Simulation Map Personal Help

Network Information

Devices & Objects

Radio Parameters

Standard 802.15.4

Radio Module List

radio1 [ZIGBEE] <

Add Remove Current

Network Id (NID) 13108

CH 0

PL 100.0

Radius 100.0

E_Tx 5.932E-5

E_Rx 2.86E-5

Sleeping Energy 1.05E-7

Listening Energy 1.05E-6

Data Rate 250000

Spreading Factor

Code Rate

Consumption Model

Tx Classical (Tx)

Rx Classical (Rx)

Marker Parameters

Simulation Parameters

Connections Nodes Radios Sensors All Details Distances Links Node Address Map Contrast Progression N=25 RT

شكل 8.3: مشروع كاب كاربون (CupCarbon)

وزارة التعليم

Ministry of Education

2025 - 1447

312

ما برنامج كاب كاربون؟ برنامج كاب كاربون (CupCarbon) هو مدينة ذكية افتراضية، وبيئة محاكاة لشبكة مستشعرات لاسلكية وحدات، وأجهزة. يمكن استخدامه لتصميم وإنشاء وتمثيل شبكات إنترنت الأشياء، وتعمل هذه المحاكاة بواسطة أدوات متعددة مثل Wi-Fi و LoRa (Zigbee)، بالإضافة إلى استخدام خريطة الشارع المفتوح (OpenStreetMap) كواجهة للتمكن من إجراء عمليات المحاكاة من أي مكان. بعد إنشائك للشبكة المطلوبة بنجاح، يمكنك استخدام برنامج كاب كاربون لبرمجة وحدة تحكم أردوينو (Aurduino) ويمكن تجربيها على أجهزة حقيقية. تتواصل العقد مع بعضها باستخدام البرمجة النصية (SenScript)، كما أنه يدعم لغة البايثون. سنقوم في هذه الوحدة ببرمجة العقد باستخدام لغة البايثون. CupCarbon IoT 5.0 (C:\CupCarbon Projects\vmobility\vmobility.cup) Project Edit Add Display Selection Solver Simulation Map Personal Help Network Information Devices & Objects Radio Parameters Standard 802.15.4 Radio Module List radio1 [ZIGBEE] < Add Remove Current Network Id (NID) 13108 CH 0 PL 100.0 Radius 100.0 E_Tx 5.932E-5 E_Rx 2.86E-5 Sleeping Energy 1.05E-7 Listening Energy 1.05E-6 Data Rate 250000 Spreading Factor Code Rate Consumption Model Tx Classical (Tx) Rx Classical (Rx) Marker Parameters Simulation Parameters Connections Nodes Radios Sensors All Details Distances Links Node Address Map Contrast Progression N=25 RT شكل 8.3: مشروع كاب كاربون (CupCarbon) وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 312 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: Untitled Description: A blue and red abstract drawing with sharp lines, resembling a stylized lightning bolt or a dynamic abstract shape. The text 'CupCarbon' is positioned below it in a dark grey sans-serif font. Context: Logo for the CupCarbon software. **DIAGRAM**: CupCarbon IoT 5.0 Description: A screenshot of the CupCarbon IoT simulation software. It features a menu bar at the top (Project, Edit, Add, etc.), a network information panel on the left with parameters like Network Id, Radius, and Data Rate, and a large central map displaying a simulated urban environment with nodes (S1, S2, S3, etc.) and communication range circles. The map shows street layouts and building outlines. Table Structure: Headers: Network Id (NID) | CH | PL | Radius | E_Tx | E_Rx | Sleeping Energy | Listening Energy | Data Rate | Spreading Factor | Code Rate | Consumption Model | Tx | Rx Rows: Row 1: 13108 | 0 | 100.0 | 100.0 | 5.932E-5 | 2.86E-5 | 1.05E-7 | 1.05E-6 | 250000 | | | | Classical (Tx) | Classical (Rx) Empty cells: Spreading Factor cell, Code Rate cell, Consumption Model row Calculation needed: Parameters for network simulation. Context: Illustrates the interface and parameters used in the CupCarbon IoT simulation software for creating and analyzing wireless sensor networks.