Σχεδιασμός και υλοποίηση συστήματος συλλογής δεδομένων απομακρυσμένων αισθητηρίων και ελέγχου απομακρυσμένων ηλεκτρονόμων, μέσω ασύρματων τεχνολογιών.

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή εργασία, πραγματεύεται ένα νέο αντικείμενο που έχει μπει στη καθημερινότητα του ανθρώπου και απ’ ότι φαίνεται, πρόκειται να μείνει. Αφορά το διαδίκτυο των πραγμάτων (ΔτΠ – Internet of Things IoT) που έχει μπει σε διάφορους τομείς της καθημερινότητας του ανθρώπου, όπως, στο έξυπνο σπίτι, στη βιομηχανία, στη μεταφορά και τη διανομή, σε θέματα ενέργεια και εφαρμογών, στο δημόσιο τομέα αλλά και στο τομέα υγείας. Ο σκοπός της εργασίας, ήταν η υλοποίηση ενός συστήματος, που θα συμπεριλαμβάνει αφενός τη συλλογή δεδομένων από αισθητήρες και αποθήκευσή τους σε βάση δεδομένων, αφετέρου τον έλεγχο ρευματοδοτών, χρησιμοποιώντας ασύρματες τεχνολογίες. Σκοπός που επιτεύχθηκε αποτελεσματικά, επιπρόσθετα όμως δημιουργήθηκε και ένα σύστημα που μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην σε διάφορα επίπεδα εκπαίδευσης. Ξεκινώντας από μαθητές Β/θμιας εκπαίδευσης σε μηχανικούς της Γ/θμιας εκπαίδευσης, έως και τη χρήση του σε εφαρμογές σε πραγματικές συνθήκες. Το σύστημα δίνει τη δυνατότητα απόκτησης γνώσεων και ανάπτυξης δεξιοτήτων στους τομείς σχεδιασμού ηλεκτρονικών κατασκευών, αλλά και της ανάπτυξης λογισμικού σε διάφορες γλώσσες προγραμματισμού. Το σύστημα που υλοποιήθηκε, ήταν μια πρόκληση πολλών επιπέδων. Περιλάμβανε, το σχεδιασμό και την κατασκευή ηλεκτρονικού υλικού και τυπωμένων κυκλωμάτων. Επίσης, χρειάστηκε να γίνει προγραμματισμός διαφόρων επιπέδων, των Nodes αλλά και του διαχειριστικού συστήματος. Το σύστημα, αποτελείται από ένα Raspberry Pi 31, που έχει το ρόλο της πύλης (gateway) και τα Nodes που λειτουργούν απομακρυσμένα και επικοινωνούν με την πύλη μέσω WiFi και του πρωτοκόλλου MQTT. Το Raspberry Pi 3 εκτελεί διαχειριστικό λογισμικό, που έχει δημιουργηθεί με το Node-Red και βάση δεδομένων MySQL για την αποθήκευση δεδομένων. Τα Nodes στηρίζονται σε εκδόσεις αναπτυξιακών του ολοκληρωμένου ESP8266, όπως το ESP-01 και το ESP-12. Εκτελούν κώδικα που έχει αναπτυχθεί σε γλώσσα C, προκειμένου να επικοινωνούν με την πύλη αλλά και να διαβάζουν δεδομένα από τους αισθητήρες ή να ενεργοποιούν/απενεργοποιούν ηλεκτρονόμους. Για την παρουσίαση αλλά και την αξιολόγηση του συστήματος, υλοποιήθηκαν τέσσερις εφαρμογές - Ηλεκτρικός Πίνακας, όπου δίνεται η δυνατότητα καταγραφής της έντασης του ρεύματος δύο ηλεκτρικών γραμμών καθώς και την , απομακρυσμένη ενεργοποίηση/απενεργοποίηση των γραμμών αυτών. -Αισθητήρας μέτρησης στάθμης δεξαμενής νερού που στέλνει τις πληροφορίες στην πύλη. -Αισθητήρας καπνού που συνδέεται με την πύλη και ενημερώνει το χρήστη σε περίπτωση ανίχνευσης καπνού. - Δοκιμαστικό Node, στο οποίο συνδέονται αισθητήρες, όπως θερμοκρασίας και ένα ποτενσιόμετρο και δύο ηλεκτρονόμοι ώστε να πραγματοποιούνται δοκιμές. - Δύο αυτόνομου ρευματοδότες που μέσω της πύλης ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται απομακρυσμένα.

This diploma thesis deals with a new subject that has entered into the everyday life of man and seems that won’t be left behind. It concerns the Internet of Things (IoT) that has entered into various areas of everyday life, such as industry, transport and distribution, on energy and applications, in the public sector and in the health sector. The purpose of this thesis was the implementation of a system, which includes the data collection and storage of sensors in a database, and the control of power sockets, using wireless technologies. A goal, which has been achieved effectively, but also created a system that can play an important role in different levels of education. Starting from secondary education students to engineers, up to the use in the real-world applications. The system provides the ability to acquire knowledge and develop skills in the fields of electronics design and software development in various programming languages. The system that was implemented was a multi-level challenge. It included the design electronic circuits and the creation of printed circuit boards. Also, the development of a management system for the communication and control of heterogeneous Nodes. The system consists of a Raspberry Pi 3, which acts as a gateway and Nodes operating remotely and communicates with the gateway via WiFi using the MQTT protocol. Raspberry Pi 3 runs administrative software, created with Node-Red and MySQL database for data storage. The Nodes are based on developmental boards of the ESP8266, such as ESP-01 and ESP-12. They execute code developed in C language in order to communicate with the gateway but also to read data from the sensors or to turn on / off relays. For the presentation and evaluation of the system, four applications were implemented -An Electrical panel, where it is possible to save the current and in consequence the power of two electric lines and to remotely activate / deactivate these lines. - A Water tank level sensor that sends the information to the gateway, which is stored and represented graphically - A Smoke sensor connected to the gateway and informing the user in case of smoke detection. - Test Node, which connects sensors, such as temperature and a potentiometer, and two relays for test purposes. - Two stand-alone sockets that are switched on and off remotely via the gateway