صفحة 322 - 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

📚 تمارين تطبيقية على إنترنت الأشياء

المفاهيم الأساسية

لا تحتوي هذه الصفحة على تعريفات جديدة للمفاهيم.

خريطة المفاهيم

```markmap

تأثير إنترنت الأشياء على الصناعة

أسئلة تطبيقية وتحليلية

3. تحليل التعرض للهجمات الإلكترونية

  • قدم تحليلاً لكيفية تعرض المصانع المتصلة بأنظمة إنترنت الأشياء للهجمات الإلكترونية.

4. مساهمة الحوسبة الطرفية

  • صف مدى مساهمة الحوسبة الطرفية في المصانع المتصلة في تحسين كفاءتها وقدرتها الإنتاجية.

5. تطبيقات في صناعة النفط والغاز

  • اذكر كيفية استخدام حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز.

أدوات محاكاة إنترنت الأشياء

برنامج كاب كاربون (CupCarbon)

#### خطوات التنزيل والتشغيل

##### 1. التنزيل

  • افتح المتصفح
  • نزّل الملف من الرابط: http://binary-academy.com/dnld/KSA/IOT2/BinaryCupCarbon.zip

##### 2. الاستخراج

  • ابحث عن الملف في مجلد "التنزيلات" (Downloads)
  • اضغط بزر الفأرة الأيمن واختر "استخراج الكل" (Extract All)
  • اختر سطح المكتب كوجهة للاستخراج

##### 3. التشغيل

  • ابحث عن المجلد المستخرج على سطح المكتب وافتحه
  • اضغط ضغطًا مزدوجًا على ملف CupCarbon.jar لتشغيل البرنامج

##### 4. المتطلبات الأساسية

  • تأكد من تثبيت جافا (Java) على جهازك

#### النافذة الرئيسية للبرنامج

##### مكونات الواجهة

  • النافذة الرئيسية (تحتوي على الخريطة ووحدة التحكم)
  • شريط القوائم
  • شريط الأدوات
  • قائمة المتغيرات
  • الخريطة
  • شريط الحالة
  • وحدة التحكم (Console)

#### إنشاء مشروع محاكاة جديد

##### الخطوة 1: بدء مشروع جديد

  • اضغط على أيقونة "New Project" (مشروع جديد) من شريط الأدوات.

##### الخطوة 2: حفظ المشروع

  • اختر الموقع المراد حفظ المشروع فيه.
  • اكتب اسم الملف: "My First CupCarbon Simulation".

##### الخطوة 3: تأكيد الحفظ

  • اضغط على زر "Save" (حفظ).

#### إضافة عقدة إلى المشروع

##### خطوات إضافة العقدة

  • اضغط على IoT Node (عقدة إنترنت أشياء) من شريط الأدوات.
  • اضغط على الخريطة في المكان المطلوب لإضافة العقدة.
  • اضغط على All (الكل) من شريط الأدوات (الحالة).
  • اضغط على Esc في لوحة المفاتيح للخروج من وضع الإضافة.

##### وصف العقدة

  • تُعرض في العقدة المُعرّف الخاص بها.
  • تحتوي على دائرة داخلية لتشغيلها.
  • لها دائرة خارجية تشير إلى نصف قطر المستشعر للكشف.
  • لها دائرة خارجية أخرى للكشف عن الأجهزة اللاسلكية الأخرى.

#### إنشاء المقطع البرمجي للعقدة

##### مثال مقطع برمجي بسيط

  • الغرض: طباعة رسالتين ("hello" و "world") بالتناوب.
  • الكود:

import time

while node.loop():

node.print("hello")

time.sleep(1)

node.print("world")

time.sleep(1)

##### ملاحظة مهمة

  • تأكد من استخدام المسافة البادئة المناسبة داخل التكرار (Loop) حتى يعمل المقطع البرمجي بشكل صحيح.

#### خطوات إنشاء المقطع البرمجي في المحرر

##### 1. فتح محرر البايثون

  • اضغط على Python (البايثون) من شريط الأدوات.

##### 2. كتابة الكود

  • اكتب التعليمات البرمجية بلغة بايثون في المحرر النصي.

##### 3. تسمية الملف

  • اكتب "hello" في حقل File name (اسم الملف).

##### 4. حفظ الملف

  • اضغط على Save (حفظ).

##### 5. إغلاق المحرر

  • أغلق نافذة محرر البايثون.

#### إدراج المقطع البرمجي وتشغيل المحاكاة

##### خطوات الإدراج والتشغيل

  • 1: اضغط على العقدة.
  • 2: اضغط على علامة تبويب Device Parameter (معامل الجهاز) في قائمة Parameter (معامل).
  • 3: اضغط على صندوق Script file (ملف البرنامج).
  • 4: اختر المقطع البرمجي (مثل `hello.py`) من القائمة المنسدلة، ثم اضغط على الزر الموجود على اليمين لإدراجه في العقدة.
  • 5: اضغط على Save project (حفظ المشروع) من شريط الأدوات.
  • 6: اضغط على Run IoT Simulation (تشغيل محاكاة إنترنت الأشياء) من شريط الأدوات لتشغيل المحاكاة.

##### معاملات الجهاز (Device Parameters) في النافذة

  • Id: 1
  • Longitude (خط الطول): 46.73789978027344
  • Latitude (خط العرض): 24.775045466605246
  • Sensor Radius (نصف قطر الاستشعار): 20.0
  • UART D/Rate: 9600
  • Drift (sigma): 3.0E-5

#### حالات المحاكاة (Simulation Cases)

##### نتيجة تشغيل المثال البرمجي

  • تتناوب العقدة في طباعة النصين "hello" و "world" لمدة ثانية واحدة لكل منهما.

##### تمثيل مرئي للحالات

  • حالة محاكاة 1: تمثيل مرئي يوضح شبكة أو تغطية إشارة، مع وجود نصوص مثل "hello" و "world" و "IOT" في مركزها.
  • حالة محاكاة 2: تمثيل مرئي مشابه للحالة الأولى، يوضح سيناريو محاكاة آخر.

#### خصائص ومميزات إضافية

  • يمكن محاكاة بروتوكول زيجبي (ZigBee) الخاص بالأشياء الذكية.
  • يمكن إنتاج مخططات لوحدات التحكم الدقيقة مثل الأردوينو.
  • ملاحظة: يمكن برمجة عقد كاب كاربون بلغات غير البايثون (أي أن الجملة التي تقول "بالبايثون فقط" خاطئة).

#### تمارين تطبيقية متقدمة

##### تمرين 6: برمجة عقدة واحدة

  • المهمة: إنشاء عقدة وبرمجتها بحيث تطبع الرسائل "A" و "B" و "C" لفترات زمنية مختلفة في تكرار.
  • التفاصيل: طباعة "A" لمدة ثانية، و "B" لمدة ثانيتين، و "C" لمدة 3 ثوان.

##### تمرين 7: برمجة عقدتين متزامنتين

  • المهمة: إنشاء عقدتين وبرمجتهما بلغة بايثون.
  • التفاصيل: يعرض كل مقطع برمجي رسالة "blink" بشكل متكرر. ترسل كل عقدة رسالة عندما تكون الأخرى غير نشطة.

```

نقاط مهمة

* تحتوي هذه الصفحة على تمارين تطبيقية فقط، وليس بها محتوى نظري جديد.

* التمرين 5: تطبيق نظري يطلب منك ذكر استخدامات إنترنت الأشياء الصناعية في تحسين عمليات صناعة النفط والغاز.

* التمرين 6: تطبيق عملي على برنامج كاب كربون يتطلب إنشاء عقدة واحدة وبرمجتها باستخدام التكرار (Loop) ووظيفة تأخير زمني.

* التمرين 7: تطبيق عملي متقدم على برنامج كاب كربون يتطلب إنشاء عقدتين وبرمجتهما للعمل بشكل متزامن ومتناوب باستخدام لغة بايثون.

📋 المحتوى المنظم

📖 محتوى تعليمي مفصّل

5

نوع: QUESTION_HOMEWORK

اذكر كيفية استخدام حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز

6

نوع: QUESTION_ACTIVITY

أنشئ عقدة في برنامج كاب كربون واكتب برمجتها بحيث يكون هناك تكرار يجعل العقدة تطبع الرسالة "A" لمدة ثانية واحدة، و "B" لمدة ثانيتين، و "C" لمدة 3 ثوان. قم ببرمجة العقدة وتشغيل المحاكاة.

7

نوع: QUESTION_ACTIVITY

أنشئ عقدتين في برنامج كاب كربون واكتب برمجتهما بواسطة البايثون. سيعرض كل مقطع برمجي رسالة "blink" متكررة. سترسل كل عقدة في كل مرة رسالة عندما تكون الأخرى غير نشطة. قم ببرمجة العقدتين وتشغيل المحاكاة.

نوع: METADATA

وزارة التعليم 2025 - 1447

نوع: METADATA

322

📄 النص الكامل للصفحة

--- SECTION: 5 --- اذكر كيفية استخدام حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز --- SECTION: 6 --- أنشئ عقدة في برنامج كاب كربون واكتب برمجتها بحيث يكون هناك تكرار يجعل العقدة تطبع الرسالة "A" لمدة ثانية واحدة، و "B" لمدة ثانيتين، و "C" لمدة 3 ثوان. قم ببرمجة العقدة وتشغيل المحاكاة. --- SECTION: 7 --- أنشئ عقدتين في برنامج كاب كربون واكتب برمجتهما بواسطة البايثون. سيعرض كل مقطع برمجي رسالة "blink" متكررة. سترسل كل عقدة في كل مرة رسالة عندما تكون الأخرى غير نشطة. قم ببرمجة العقدتين وتشغيل المحاكاة. وزارة التعليم 2025 - 1447 322

✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

عدد الأسئلة: 3

سؤال 5: اذكر كيفية استخدام حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز.

الإجابة: س 5: تركيب حساسات ذكية (ضغط/ حرارة/...) على الآبار والمنصات، وإرسال البيانات للتحليل السحابي لاكتشاف الأعطال والصيانة التنبؤية، والمراقبة عن بعد، وأتمتة التحكم لتحسين الإنتاج وكفاءة الطاقة.

خطوات الحل:

  1. **الشرح:** لنفهم هذا السؤال: إنترنت الأشياء الصناعية الذكية يعني استخدام أجهزة استشعار متصلة بالإنترنت لجمع البيانات من المعدات والعمليات الصناعية. في صناعة النفط والغاز، يمكن تطبيق هذا المبدأ بعدة طرق. الفكرة هنا هي أن نبدأ بتركيب حساسات ذكية على المعدات الأساسية مثل الآبار ومنصات الإنتاج. هذه الحساسات تقيس معايير مهمة مثل الضغط ودرجة الحرارة ومعدل التدفق. ثم تُرسل هذه البيانات التي تجمعها إلى نظام تحليل سحابي (Cloud) لمعالجتها. بعد ذلك، يستخدم النظام هذه البيانات لتحقيق أهداف تحسين العمليات. مثلاً، من خلال تحليل البيانات، يمكن اكتشاف علامات مبكرة على الأعطال المحتملة قبل حدوثها، مما يسمح بالصيانة التنبؤية بدلاً من الانتظار حتى يحدث العطل. كما يمكن مراقبة العمليات عن بُعد من غرفة تحكم مركزية، وأتمتة أنظمة التحكم في المضخات والصمامات لضبط العمليات تلقائياً بناءً على البيانات. النتيجة النهائية هي تحسين الإنتاج من خلال تقليل وقت التوقف عن العمل، وتحسين كفاءة استخدام الطاقة، وزيادة السلامة. إذن الإجابة هي: **تركيب حساسات ذكية (لقياس الضغط/الحرارة/...) على الآبار والمنصات، وإرسال البيانات للتحليل السحابي لاكتشاف الأعطال والصيانة التنبؤية، والمراقبة عن بُعد، وأتمتة التحكم لتحسين الإنتاج وكفاءة الطاقة.**

سؤال 6: أنشئ عقدة في برنامج كاب كربون واكتب برمجتها بحيث يكون هناك تكرار يجعل العقدة تطبع الرسالة "A" لمدة ثانية واحدة، و "B" لمدة ثانيتين، و "C" لمدة 3 ثوان. قم ببرمجة العقدة وتشغيل المحاكاة.

الإجابة: س 6: برمج حلقة تكرار تطبع 'A' وتنتظر 1ث، ثم 'B' وتنتظر 2ث، ثم 'C' وتنتظر 3ث، وتعيد التسلسل باستمرار.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المعطيات والمطلوب):** لنحدد ما لدينا: - البرنامج: كاب كربون (Cap Carbon). - المطلوب: إنشاء عقدة واحدة وبرمجتها. - السلوك المطلوب: تكرار يطبع الرسالة "A" لمدة ثانية واحدة، ثم "B" لمدة ثانيتين، ثم "C" لمدة 3 ثوان، ثم يعيد التسلسل من جديد باستمرار.
  2. **الخطوة 2 (التفكير المنطقي):** الفكرة هنا هي استخدام حلقة تكرار (Loop) لا نهائية. داخل هذه الحلقة، نكتب ثلاثة أقسام: 1. قسم لطباعة "A" ثم الانتظار لمدة 1000 ميلي ثانية (1 ثانية). 2. قسم لطباعة "B" ثم الانتظار لمدة 2000 ميلي ثانية (2 ثانية). 3. قسم لطباعة "C" ثم الانتظار لمدة 3000 ميلي ثانية (3 ثوان). بعد انتهاء القسم الثالث، تعود الحلقة إلى البداية تلقائياً لأنها حلقة لا نهائية.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، برمجة العقدة ستكون: **إنشاء عقدة، ثم كتابة حلقة تكرار لا نهائية تحتوي على تسلسل: طباعة 'A' والانتظار 1 ثانية، ثم طباعة 'B' والانتظار 2 ثانية، ثم طباعة 'C' والانتظار 3 ثوان، ثم إعادة التسلسل باستمرار.**

سؤال 7: أنشئ عقدتين في برنامج كاب كربون واكتب برمجتهما بواسطة البايثون. سيعرض كل مقطع برمجي رسالة "blink" متكررة. سترسل كل عقدة في كل مرة رسالة عندما تكون الأخرى غير نشطة. قم ببرمجة العقدتين وتشغيل المحاكاة.

الإجابة: س 7: أنشئ عقدتين تعرضان 'blink'. قسم العمل لفترات نشطة/غير نشطة متبادلة. في الفترة النشطة، إذا لم تصل رسالة، ترسل العقدة رسالة للأخرى.

خطوات الحل:

  1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن برنامج كاب كربون يسمح بمحاكاة شبكات من العقد المتصلة. المطلوب هنا هو عقدتان تتعاونان بطريقة متبادلة (Mutual Exclusion) بسيطة. كل عقدة لها فترتان: فترة نشطة وفترة غير نشطة. الفكرة هي منع العقدتين من إرسال الرسائل في نفس الوقت.
  2. **الخطوة 2 (التطبيق):** لنفكر في كيفية تحقيق هذا: 1. ننشئ عقدتين. كل عقدة سيكون لها برنامج يعرض رسالة "blink" بشكل متكرر (مثلاً في حلقة). 2. نقسم وقت كل عقدة إلى فترات متناوبة: فترة تكون فيها العقدة "نشطة" وفترة تكون فيها "غير نشطة". 3. الشرط المهم: عندما تكون العقدة في فترتها النشطة، فإنها تتحقق أولاً مما إذا وصلت إليها رسالة من العقدة الأخرى. إذا لم تصل أي رسالة (أي أن العقدة الأخرى غير نشطة أو لم ترسل)، فإن العقدة النشطة ترسل رسالة إلى العقدة الأخرى. 4. بهذه الطريقة، تضمن العقدتان أنهما لا ترسلان رسائل في نفس الوقت، لأن إحداهما فقط تكون في حالة "نشطة وقادرة على الإرسال" في أي لحظة، بينما الأخرى إما غير نشطة أو تنتظر.
  3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، برمجة العقدتين ستكون: **إنشاء عقدتين، كل منهما تعرض 'blink' بشكل متكرر. نقسم عمل كل عقدة إلى فترات نشطة وغير نشطة متبادلة. أثناء الفترة النشطة، إذا لم تستلم العقدة رسالة من الأخرى، فإنها ترسل رسالة إليها.**

🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

عدد البطاقات: 3 بطاقة لهذه الصفحة

أي من الخطوات التالية يصف بشكل صحيح تطبيق حلول إنترنت الأشياء الصناعية الذكية لتحسين العمليات في صناعة النفط والغاز؟

  • أ) استبدال جميع العمال البشريين بالروبوتات في المنصات البحرية، وتشغيل العمليات بشكل كامل دون تدخل بشري.
  • ب) تركيب حساسات ذكية على المعدات، وإرسال البيانات للتحليل السحابي، ثم استخدام النتائج للصيانة التنبؤية والمراقبة عن بعد وأتمتة التحكم.
  • ج) تخزين جميع البيانات محلياً على خوادم داخل المنشأة، ومراجعتها يدوياً شهرياً لتحديد جدول الصيانة.
  • د) استخدام الأقمار الصناعية فقط لمراقبة المنصات عن بعد، دون تركيب أي أجهزة استشعار إضافية على المعدات.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تركيب حساسات ذكية على المعدات، وإرسال البيانات للتحليل السحابي، ثم استخدام النتائج للصيانة التنبؤية والمراقبة عن بعد وأتمتة التحكم.

الشرح: 1. تركيب حساسات ذكية (لقياس الضغط/الحرارة) على الآبار والمنصات. 2. إرسال البيانات التي تجمعها إلى نظام تحليل سحابي. 3. استخدام نتائج التحليل لاكتشاف الأعطال مبكراً (الصيانة التنبؤية)، والمراقبة عن بعد، وأتمتة أنظمة التحكم. 4. الهدف النهائي: تحسين الإنتاج وكفاءة الطاقة وتقليل وقت التوقف.

تلميح: فكر في كيفية جمع البيانات من المعدات وتحليلها لاتخاذ قرارات استباقية.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما التسلسل الصحيح لبرمجة عقدة في كاب كربون لطباعة 'A' لمدة ثانية، ثم 'B' لمدة ثانيتين، ثم 'C' لمدة 3 ثوانٍ بشكل متكرر؟

  • أ) كتابة ثلاثة برامج منفصلة لكل عقدة: واحد لـ 'A'، وواحد لـ 'B'، وواحد لـ 'C'، وتشغيلها بالتتابع.
  • ب) استخدام حلقة تكرار لا نهائية تحتوي على: طباعة 'A' والانتظار 1000 مللي ثانية، ثم طباعة 'B' والانتظار 2000 مللي ثانية، ثم طباعة 'C' والانتظار 3000 مللي ثانية.
  • ج) تعريف ثلاث دوال (Functions) منفصلة واستدعاؤها مرة واحدة فقط عند بداية تشغيل البرنامج.
  • د) استخدام أمر طباعة واحد يطبع 'ABC' مع الانتظار لمدة 6 ثوانٍ كاملة بين كل طباعة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: استخدام حلقة تكرار لا نهائية تحتوي على: طباعة 'A' والانتظار 1000 مللي ثانية، ثم طباعة 'B' والانتظار 2000 مللي ثانية، ثم طباعة 'C' والانتظار 3000 مللي ثانية.

الشرح: 1. إنشاء عقدة جديدة في برنامج كاب كربون. 2. كتابة حلقة تكرار لا نهائية (while True). 3. داخل الحلقة: أمر طباعة الرسالة 'A'، ثم أمر انتظار لمدة 1000 مللي ثانية (1 ثانية). 4. أمر طباعة الرسالة 'B'، ثم أمر انتظار لمدة 2000 مللي ثانية (2 ثانية). 5. أمر طباعة الرسالة 'C'، ثم أمر انتظار لمدة 3000 مللي ثانية (3 ثوان). 6. تنتهي الحلقة وتعود إلى البداية تلقائياً، مما يخلق التكرار المطلوب.

تلميح: التكرار يعني استخدام حلقة (Loop). تذكر أن وحدة الانتظار في البرمجة غالباً ما تكون بالمللي ثانية.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما المفهوم الأساسي الذي تستخدمه برمجة عقدتين في كاب كربون لضمان إرسال الرسائل عندما تكون العقدة الأخرى غير نشطة؟

  • أ) استخدام عنوان IP واحد مشترك بين العقدتين لتسريع عملية الاتصال.
  • ب) برمجة العقدتين لإرسال الرسائل في نفس التوقيت الدقيق لضمان التزامن.
  • ج) التناوب في فترات النشاط (Mutual Exclusion) بحيث تتحقق كل عقدة من استلام رسالة قبل إرسال رسالتها الخاصة.
  • د) تعيين عقدة واحدة كـ 'سيد' (Master) ترسل الأوامر باستمرار، والأخرى كـ 'عبد' (Slave) تستقبل فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: التناوب في فترات النشاط (Mutual Exclusion) بحيث تتحقق كل عقدة من استلام رسالة قبل إرسال رسالتها الخاصة.

الشرح: 1. المفهوم: التناوب أو الاستبعاد المتبادل (Mutual Exclusion) لمنع تعارض الإرسال. 2. التطبيق: تقسيم وقت كل عقدة إلى فترات 'نشطة' و'غير نشطة' بشكل متبادل. 3. الشرط: أثناء الفترة النشطة، تتحقق العقدة أولاً مما إذا استلمت رسالة من العقدة الأخرى. 4. الإجراء: إذا لم تستلم رسالة (أي أن العقدة الأخرى غير نشطة أو لم ترسل)، فإن العقدة النشطة ترسل رسالة. 5. النتيجة: ضمان أن عقدة واحدة فقط ترسل في أي لحظة، مما يمنع التصادم.

تلميح: فكر في آلية لمنع عقدتين من التحدث (إرسال رسائل) في نفس الوقت.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب