Recodify – Environmental monitoring embedded system.

Abstract

This thesis presents Recodify an Environmental Monitoring Embedded System (EMES) that can monitor, store, and analyze environmental data as well as calculate energy consumption in a specific environment. Recodify consists of a microcontroller development board, sensors, and modules. We have designed and implemented a standalone appliance using a microcontroller, that can measure various environmental variables such as Temperature, Humidity, Light, Sound, Carbon Monoxide and Ozone levels as well as Current consumption. It has a build in motion detection and a relay module that gives us the ability to remote control the appliance. It can also support two types of connectivity using Wi-Fi and GSM protocols. Our standalone appliance can work as a unit or as part of a grid of appliances. In the case that we have the opportunity to equip a target environment, such as a room or floor with our device we could create a smart ICT grid of appliances. In a larger scale, we could monitor an entire building or even a building complex. Furthermore, it aims to monitor spaces, analyze the collected data, determine and designate environmental spaces, in which human activities could be harmful. More specific, it can be used at world cultural heritage and archaeological places, building, constructions where allowance of human intervention is prohibited or very limited. Collecting and analyzing data could help us estimate the environmental consequences of human actions. Once the appliance, gets connected, it starts collecting data from the environment. All data are transferred to the application server with timestamp and unique device ID. The data could be accessed by any authorized user through our dedicated software. Our embedded system can be managed with the use of our Recodify application. It is a Web based application that provides central management abilities. It supports continuously monitoring with real-time graphs. Authorized users could observe current sensors values, compare them with chronological order, and manage device settings and functionality of the appliance(s). Moreover, through the Recodify application the user can: (a) run statistically diagnostics and analysis with the use of past and present data, (b) manage grid nodes and (c) intervene with the grid nodes (appliances).

Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει το Recodify, ένα ενσωματωμένο σύστημα περιβαλλοντολογικής παρακολούθησης (EMES) που μπορεί να παρατηρεί, αποθηκεύει και να αναλύει περιβαλλοντολογικά δεδομένα, καθώς και να υπολογίζει την ενεργειακή κατανάλωση σε συγκεκριμένο περιβάλλον. Το Recodify, αποτελείται από μία προγραμματιστική πλακέτα εξοπλισμένη με μικροεπεξεργαστή, αισθητήρια και εξαρτήματα. Έχουμε σχεδιάσει και υλοποιήσει μια αυτόνομη συσκευή χρησιμοποιώντας έναν μικροεπεξεργαστή που μπορεί να μετρήσει κρίσιμες περιβαλλοντολογικές μεταβλητές όπως θερμοκρασία, υγρασία, φωτεινότητα, τα επίπεδα του ήχου, του μονοξειδίου του άνθρακα και του όζοντος, καθώς και την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Διαθέτει ενσωματωμένο ανιχνευτή κίνησης και διακόπτη που μας δίνει τη δυνατότητα για τον απομακρυσμένο έλεγχο της συσκευής. Μπορεί να υποστηρίξει δύο πρωτόκολλα επικοινωνίας Wi-Fi και GSM. Η συσκευή μας μπορεί να δουλέψει ως αυτόνομη μονάδα ή ως μέρος ενός πλέγματος συσκευών. Στη περίπτωση που έχουμε την δυνατότητα να εξοπλίσουμε ένα στοχευμένο περιβάλλον, όπως ένα δωμάτιο ή ένας όροφος, με την συσκευή μας μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα έξυπνο δίκτυο συσκευών (smart ICT grid). Σε μεγαλύτερη κλίμακα θα μπορούσαμε να παρακολουθήσουμε ένα κτίριο ή ακόμα και ένα συγκρότημα κτιρίων. Επιπλέον, στοχεύει στην παρακολούθηση χώρων, την ανάλυση των δεδομένων που έχουν συγκεντρωθεί, καθώς και στο να καθορίσει και να προσδιορίσει τους περιβαλλοντολογικούς χώρους, στους οποίους οι ανθρώπινες δραστηριότητες μπορεί να είναι επιβλαβής. Πιο συγκεκριμένα, η συσκευή μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε παγκόσμιας πολιτιστικής κληρονομιάς και αρχαιολογικούς χώρους, κτίρια, περιοχές όπου κρίνεται η ανθρώπινη παρέμβαση απαγορευμένη ή πολύ περιορισμένη. Η συλλογή και ανάλυση δεδομένων θα μπορούσε να μας βοηθήσει να εκτιμήσουμε τις περιβαλλοντικές συνέπειες των ανθρώπινων ενεργειών. Μόλις η συσκευή συνδεθεί ξεκινάει η συλλογή των δεδομένων από το περιβάλλον. Όλα τα δεδομένα μεταφέρονται στο διακομιστή της εφαρμογής με χρονική σήμανση και με το μοναδικό αναγνωριστικό της συσκευής. Τα δεδομένα μπορούν να είναι προσβάσιμα από οποιονδήποτε εξουσιοδοτημένο χρήστη μέσω του λογισμικού μας. Το ενσωματωμένο μας σύστημα μπορεί να διαχειριστεί με τη χρήση της εφαρμογής Recodify. Είναι μια εφαρμογή βασισμένη στο Web που παρέχει δυνατότητες κεντρικής διαχείρισης. Υποστηρίζει συνεχώς την παρακολούθηση με γραφήματα σε πραγματικό χρόνο. Οι εξουσιοδοτημένοι χρήστες θα μπορούσαν να παρατηρήσουν τις τρέχουσες τιμές των αισθητήρων, να τις συγκρίνουν με χρονολογική σειρά, να διαχειριστούν και να ρυθμίσουν τη συσκευή και τη λειτουργικότητα της. Επιπλέον, μέσω της εφαρμογής Recodify, ο χρήστης μπορεί: (α) να διεξάγει στατιστική διάγνωση και ανάλυση με τη χρήση παλαιών και σημερινών δεδομένων, (β) να διαχειρίζεται κόμβους δικτύου και (γ) να παρεμβαίνει στους κόμβους του δικτύου (συσκευές).