۱۲ زبان برنامه نویسی برای IoT به همراه معرفی منابع | راهنمای کاربردی

در این مطلب، ۱۲ زبان برنامه نویسی برای IoT مورد بررسی قرار خواهد گرفت. همچنین، منابع یادگیری برنامه نویسی IoT نیز معرفی می‌شوند. رشد و توسعه اینترنت و تعدد دستگاه‌های هوشمند درسال‌های اخیر، بشریت را به سمت داشتن دنیای کاملا متصل، به پیش می‌برد. در جهان کنونی که شبکه دستگاه‌های فیزیکی متصل به یکدیگر همواره در حال رشد است، «اینترنت اشیا» که به آن «اینترنت چیزها» (Internet of Things | IoT) نیز گفته می‌شود، به مسئله‌ای واقع‌گرایانه‌تر مبدل و از فضای یک رویای دوردست خارج شده است.

اینترنت اشیا در مسیری در حال حرکت است که دستگاه‌های هوشمند، ورودی‌های انسانی را کم‌تر می‌پذیرند و بیشتر با ورودی‌های ماشین سر و کار دارند. امروزه، «خانه‌های هوشمند» (Smart Homes)، «دستگاه‌های پوشیدنی» (Wearable Device)، «خودروهای متصل» (Connected Cars)، «اینترنت صنعتی» (Industrial Internet)، «خرده‌فروشی هوشمند» (Smart Retail) و بسیاری از دیگر موارد از اینترنت اشیا برای کارکردهای خود استفاده می‌کنند. در این مطلب، ضمن معرفی ۱۲ زبان برنامه نویسی برای IoT منابع یادگیری این زبان‌ها نیز معرفی شده‌اند. همچنین، در بخش انتهایی مطلب ۱۲ زبان برنامه نویسی برای IoT منابع آموزش ویدئویی اینترنت اشیا معرفی شده‌اند.

زبان برنامه نویسی برای IoT

در ساخت و توسعه برنامه‌های کاربردی دسکتاپ، سرورها و موبایل، از زبان‌های برنامه‌نویسی گوناگونی استفاده می‌شود. همین امر موجب شده است تا افراد فکر کنند که هیچ تفاوتی بین اشیای هوشمند وجود ندارد و همه آن‌ها «مینی‌کامپیوتر» (Minicomputer) هستند.

اینترنت اشیا دارای یک معماری سه لایه است که شامل تولید داده‌ها، سازمان‌دهی داده‌ها با استفاده از «دروازه‌ها» (Gateways) یا «هاب‌ها» (Hubs) و همچنین، سرورهای مرکزی است. این سرورهای مرکزی به لحاظ جغرافیایی دورتر از محلی قرار دارند که داده‌ها تولید می‌شوند.

برخی از پرسش‌هایی که در این وهله امکان دارد مطرح شوند عبارتند از:

• سیستم‌های اینترنت اشیا چگونه کار می‌کنند؟
• چه روش برنامه نویسی برای IoT مورد استفاده قرار می‌گیرد؟
• چه زبان برنامه نویسی برای IoT استفاده می‌شود؟

انتخاب یک زبان برنامه‌نویسی خاص برای پروژه اینترنت اشیا، به پیچیدگی انتخاب یک پلتفرم سخت‌افزاری برای این کار است. در اینجا، لیستی از زبان‌های برنامه‌نویسی ارائه شده است که برای پروژه‌های اینترنت اشیا مناسب هستند.

جاوا

«زبان برنامه‌نویسی جاوا» (Java Programming Language) یکی از شناخته شده‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی است و در حوزه اینترنت اشیا نیز این زبان یکی از انتخاب‌های اصلی مهندسان اینترنت اشیا محسوب می‌شود.

یکی از دلایل اصلی آنکه مهندسان از جاوا به عنوان زبان برنامه نویسی برای IoT استفاده می‌کنند آن است که جاوا یک «زبان برنامه‌نویسی مفسری» (Interpreted Programming Language) است و بنابراین، پس از آنکه برنامه با زبان جاوا نوشته شد، در هر جایی (سخت‌افزار) می‌توان آن را اجرا کرد. زبان برنامه‌نویسی جاوا استراتژی‌های برنامه‌نویسی خود را از زبان‌های «مِسا» (Mesa)، «سی» (C)، «سی‌پلاس‌پلاس» (++C) و برخی از دیگر زبان‌ها وام‌دار است.

علاوه بر آن، جاوا دارای قابلیت خطایابی کد روی کامپیوتر شخصی و سپس، انتقال آن به یک «ماشین مجازی جاوا» (Java Virtual Machine | JVM) است. این ویژگی و برخی از دیگر ویژگی‌ها در کنار هم موجب شده‌اند تا جاوا یکی از ۱۲ زبان برنامه نویسی برای IoT باشد.

زبان برنامه نویسی C

هرگاه صحبت از زبان‌های برنامه‌نویسی و به طور خاص برنامه‌نویسی سخت‌افزاری می‌شود، نام زبان برنامه‌نویسی C در ذهن اغلب افراد نقش می‌بندد. C یکی از قدیمی‌ترین و شناخته شده‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی است که در بحث «سیستم‌های توکار» (Embedded Systems) کاربردهای قابل توجهی دارد.

همچنین، C برای برنامه‌نویسی سخت‌افزارهایی که در زمینه اینترنت اشیا زیاد مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند بردهای «آردوینو» (Arduino)، کاربرد زیادی دارد. هر چند که برخی از دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی ممکن است از برخی جنبه‌ها برای این موارد مناسب‌تر باشند.

زبان برنامه نویسی ++C

C در برخی از زمینه‌ها به اندازه C++‎ آمادگی‌ها و توانایی لازم را در بحث اینترنت اشیا و کار با سخت‌افزارهای تخصصی این حوزه ندارد. C++‎ یکی از زبان‌های محبوب مهندسان کامپیوتر محسوب می‌شود و البته در میان کاربران «گنو/لینوکس» (GNU/Linux) از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است.

C++‎ علاوه بر آنکه یک راهکار بهینه برای اینترنت اشیا محسوب می‌شود، این قابلیت را نیز به کارشناس می‌دهد که زبان‌های گوناگونی شامل #C، جاوا و پایتون را به کار بگیرد.

پایتون

تا چند سال پیش، هیچ کس فکر نمی‌کرد که روزی «زبان برنامه‌نویسی پایتون» (Python Programming Language) در بحث اینترنت اشیا به کار گرفته شود و بخش اصلی بسیاری از برنامه‌های کاربردی وب در این حوزه را شکل دهد. اما حقیقت این است که پایتون به دلیل ویژگی‌ها، قابلیت‌ها و مزایای منحصر به فردی که دارد، امروزه در حوزه اینترنت اشیا کاربرد بسیار زیادی دارد و بسیاری از کسب و کارها از زبان پایتون به عنوان اصلی‌ترین زبان برنامه نویسی برای IoT در پروژه‌های اینترنت اشیا استفاده می‌کنند.

علی‌رغم آنکه پایتون در ابتدا به عنوان یک زبان اسکریپت‌نویسی معرفی شد و شروع به کار کرد، در حال حاضر به یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی بسیار محبوب و قدرتمند مبدل شده است که اغلب «ریز کنترل‌گر» (Microcontroller | میکروکنترلر)‌های معروف از آن استفاده می‌کنند.

برای مثال، «میکروپایتون» (MicroPython) یک پیاده‌سازی نرم‌افزاری از زبان برنامه‌نویسی سازگار با پایتون ۳ است که با زبان برنامه‌نویسی C نوشته و به گونه‌ای بهینه شده است که روی ریزکنترل‌گرها اجرا شود. میکروپایتون در واقع یک کامپایلر پایتون کامل است که روی سخت‌افزار ریزکنترل‌گر اجرا می‌شود. علاقه‌مندان به ساخت نرم‌افزارهای جالب برای «الکسا (Alexa) و دیگر کارهای جذاب در حوزه اینترنت اشیا، باید مهارت‌های برنامه‌نویسی پایتون خود را تقویت کنند.

PHP

«پی‌اچ‌پی» (PHP) زبان مناسبی برای برنامه‌نویسی وب است که البته شاید امروزه دیگر به اندازه سال‌های گذشته یارای رقابت با دیگر با همتایان خود را نداشته باشد. البته، این زبان همچنان یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی کاربردی در حوزه وب است و در بحث توسعه «میکروسرویس‌ها» (Microservices) در وب، کاربرد بسیاری دارد. مهندسان «رزبری پای» (Raspberry Pi) از «لمپ» (LAMP) در لینوکس برای راه‌اندازی وب‌سرورها استفاده می‌کنند.

لمپ، در واقع مجموعه‌ای از نرم‌افزارهای متن‌باز شامل «لینوکس» (Linux)، «آپاچی» (Apache)، «مای‌اس‌کیوال» (MySQL) و یکی از زبان‌های برنامه‌نویسی پایتون، پی‌اچ‌پی یا پرل است که برای راه‌اندازی وب‌سایت‌های پویا از آن‌ها استفاده می‌کنند.

جاوا اسکریپت

امروزه همه مرورگرهای وب از «جاوا اسکریپت» (JavaScrip | JS) به عنوان زبان برنامه‌نویسی خود استفاده می‌کنند. شایان توجه است که جاوا اسکریپت یک زبان اسکریپت‌نویسی است که از کتابخانه‌های دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی بهره می‌برد.

همین امر موجب شده است تا استفاده از این زبان در بحث‌های مربوط به وب و نوشتن «رابط کاربری» (User Interface) در حوزه IoT کاربرد داشته باشد. مفسر «اسپرینو» (Espruino) برای میکروکنترلرها و پلتفرم «تِسِل» (Tessel) به عنوان پیش‌ران‌هایی برای جاوا اسکریپت در حوزه اینترنت اشیا محسوب می‌شوند.

زبان برنامه نویسی Go

«زبان برنامه‌نویسی گو» (Go Programming Language) که شباهت‌های زیادی نیز به C دارد، زبان برنامه‌نویسی ساخته شده توسط گوگل است. زبان Go گجت‌ها را قادر به آن می‌سازد که اطلاعات را از کانال‌های گوناگونی ارسال و دریافت کنند. Go از جمله زبان‌های قدرتمند در حوزه وب نیز هست و امروزه در رقابت شدیدی با دیگر رقیب قدرتمند و یکه‌تاز خود یعنی پایتون است.

Rust

«زبان برنامه‌نویسی راست» (Rust) زبان متن‌باز تولید شده توسط شرکت «موزیلا» (Mozilla) است که به باور عده‌ای، با تقید زیاد از زبان Go ساخته شده است. زبان راست قدرت و توانایی خوبی در بحث به اشتراک‌گذاری داده‌ها از طریق کانال‌های مختلف دارد. یکی از معایب راست آن است که برای اجرا شدن، پردازنده باید قابلیت «مدیریت هم‌زمان» (Simultaneous Handling) را داشته باشد.

سوئیفت

«سوئیفت» (Swift) زبانی برای ساخت و توسعه نرم‌افزارهای iOS است و این یعنی برای کار با iPhone ،iPad و برقراری ارتباط با آن‌ها نیاز به استفاده از این زبان است.

«اپل» (Apple) با در نظر داشتن نقش سوئیفت در بحث IoT، اقدام به توسعه چارچوب‌ها و کتابخانه‌هایی برای سوئیفت برای کار در پروژه‌های IoT کرده است. برای مثال، «هوم‌کیت» (HomeKit) چارچوب نرم‌افزاری اپل است که به کاربران این امکان را می‌دهد که تجهیزات خانه هوشمند را کنترل، پیکربندی و با آن‌هاا ارتباط برقرار کند.

پاراسیل

«پاراسیل» (Parasail) یک «زبان برنامه‌نویسی موازی» (Parallel Programming) و «برنامه‌نویسی شی‌گرا» (Object Oriented Programming) است که برای پروژه‌های نیازمند پردازش موازی، گزینه مناسبی محسوب می‌شود. البته، برنامه‌نویس حتما باید پیش از آغاز کار با این زبان، تفاوت دقیق مفاهیم «هم‌زمانی» و «موازی» بودن را بداند.

B#‎‎

«زبان برنامه نویسی بی‌شارپ» (B# Programming Language) در اصل برای توسعه برنامه‌های کاربردی کوچک ساخته شده است. بنابراین، می‌توان از آن روی «ماشین‌های مجازی توکار» (Embedded Virtual Machine | EVM) استفاده کرد. در صورتی که نیاز به قابلیت‌های زیادی نباشد و پروژه IoT تعریف شده نیز پروژه‌ای در ابعاد کوچک باشد، B#‎ یکی از گزینه‌های بسیار خوب برای آن محسوب می‌شود.

اسمبلی

«اسمبلی» (Assembly) یک «زبان برنامه‌نویسی سطح پایین» (Low Level Proragmming Language) است. بنابراین نباید روی قابلیت‌ها و توانایی‌های آن حساب کرد. هر چند که گاه برای تعامل نزدیک با سخت‌افزار چاره‌ای جز استفاده از آن نیست و البته، استفاده از چنین زبان سطح پایینی در کنار معایب متعددی که دارد، مزایای خود را نیز (به ویژه در بحث سرعت اجرا و کارایی) به همراه دارد.

منابع یادگیری زبان برنامه نویسی برای IoT

در بخش‌های پیشین، ضمن معرفی هر زبان برنامه نویسی برای IoT منبع یا منابع یادگیری آن زبان نیز معرفی شدند. در ادامه، منابع یادگیری زبان برنامه نویسی برای IoT و با تمرکز بر مبحث اینترنت اشیا و پروزه‌های عملی آن، معرفی شده‌اند.

همچنین، تعدادی آموزش اینترنت اشیا بار تمرکز بیشتر بر سخت‌افزارهای این حوزه نیز بیان شده‌اند. علاقه‌مندان به بحث اینترنت اشیا، می‌توانند با تمرکز هم بر مباحث سخت‌افزاری و هم مباحث نرم‌افزاری این حوزه، دانش و مهارت خود را به شده ارتقا دهند.

آموزش اینترنت اشیا - مقدماتی

طول مدت این دوره آموزشی که مدرس آن مهندس مرضیه آقایی هستند، یک ساعت و سی و شش دقیقه است. در این دوره، مباحث مقدماتی اینترنت اشیا مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله موضوعات مورد بررسی در این دوره آموزش ویدئویی می‌توان به معرفی اینترنت اشیا، تاریخچه و چالش‌های پیاده‌سازی آن، مدل مرجع اینترنت اشیا و فناوری‌های اساسی درگیر، چشم‌اندازها، تاثیرات و حوزه‌های کاربرد و دیگر موارد اشاره کرد.

آموزش اینترنت اشیا با نرم‌افزار Node-Red

طول مدت این دوره آموزشی که مدرس آن مهندس رضا قاسمی هستند، یازده ساعت و هفت دقیقه است. از جمله موضوعات مورد بررسی در این دوره آموزش ویدئویی می‌توان به مباحث مقدماتی، جایگاه لینوکس در اینترنت اشیا، مباحث تکمیلی ‌تر اینترنت اشیا، نصب پ راه‌اندازی Node-Red، برنامه‌نویسی با Node-Red، پروژه عملی ساخت یک اتاق هوشمند با Node-Red و دیگر موارد اشاره کرد.

آموزش‌های اینترنت اشیا با تمرکز بر مبحث شبکه‌های انتقال داده

یکی از مولفه‌های اساسی و مهم در مبحث اینترنت اشیا، «اتصالات» (Connectivity) است. شبکه‌های انتقال داده از جمله مهم‌ترین بخش‌ها در بحث اتصالات هستند در ادامه، آموزش‌های اینترنت اشیا با تمرکز بر بحث اتصالات و انتقال داده، معرفی شده‌اند.

• آموزش پروژه محور اینترنت اشیا (IoT) – کنترل لوازم منزل با شبکه و پیامک و ماژول های SIM و ESP8266 (مدرس: مهندس مجتبی شادریان، طول مدت دوره: ده ساعت و هشت دقیقه)
• آموزش انتقال داده ها در شبکه های کامپیوتری و اینترنت به همراه حل مسائل (مدرس: مهندس مهدی عاشوری، طول مدت دوره: هشت ساعت و چهل و چهار دقیقه)
• آموزش شبکه های بی سیم (Wireless Networks) (مدرس: مهندس مهدی عاشوری، طول مدت دوره: سه ساعت و چهارده دقیقه)

آموزش میکروکنترلر

میکروکنترلرها یا ریزکنترل‌گرها از جمله سخت‌افزارهای مهمی هستند که در حوزه اینترنت اشیا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آشنایی با میکروکنترلرها برای مهندسان اینترنت اشیا مسئله‌ای مهم و قابل توجه است. در ادامه، لینک دسترسی به آموزش‌های این حوزه ارائه شده است.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دسترسی به بیش از ۵۷۸۷ دقیقه آموزش ویدئویی «مجموعه آموزش‌های‌ میکروکنترلر»، کلیک کنید.

آموزش سخت‌افزارهای متن‌باز اینترنت اشیا (رزبری‌پای و آردوینو)

«رزبری پای» (Raspberry Pi) و «آردوینو» (Arduino) دو مورد از بردهای سخت‌افزاری متن‌بازی هستند که در حوزه اینترنت اشیا به شدت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه، آموزش‌های این سخت‌افزارهای اینترنت اشیا معرفی شده است.

• آموزش کاربردی برد رزبری پای (Raspberry Pi) (مدرس دوره: مهندس مجتبی شادریان، طول مدت دوره: هشت ساعت و سی و شش دقیقه)
• آموزش برنامه نویسی رزبری پای (Raspberry Pi) با پایتون (مدرس دوره: مهندس مجتبی شادریان، طول مدت دوره: دوازده اسعت و چهل و شش دقیقه)
• آموزش برنامه نویسی برد رزبری پای (Raspberry Pi) با ۴ زبان برنامه نویسی (مدرس دوره: مهندس مجتبی شادریان، طول مدت دوره: یازده ساعت و ۵۴ دقیقه)
• برای گسب اطلاعات بیشتر و دسترسی به بیش  از ۴۶۲۴ دقیقه آموزش آردوینو Arduino، کلیک کنید.

جمع‌بندی

یکی از موضوعات سردرگم کننده‌ای که برای مهندس‌های اینترنت اشیا مطرح است، این است که از چه زبان برنامه‌نویسی برای توسعه پروژه‌های اینترنت اشیا خود استفاده کنند. امروزه، رقابت تنگاتنگی میان زبان‌های برنامه‌نویسی قدیمی‌تر و نام‌آشنای در حوزه سخت افزار مانند C و ++C با زبان‌های برنامه‌نویسی جدید، همه‌منظوره و قدرتمندی مانند پایتون، Go، «راست» (Rust) و سوئیف برپا است.

در این میان، کارشناس، متناسب با نوع پروژه، مقیاس آن پروژه، قابلیت‌های هر زبان، دانش خود از زبان‌های برنامه‌نویسی، کارایی مورد نظر و دیگر عوامل، زبان مورد نظر خود برای یک پروژه نرم‌افزاری را انتخاب می‌کند. هرچند که به طور کلی باید گفت، پایتون، ++C از جمله پرکاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی در میان فهرست دوازده موردی زبان برنامه نویسی برای IoT محسوب می‌شوند.