Σχεδιασμός και υλοποίηση ενός IoT (Internet of Things) συστήματος για την απομακρυσμένη διεξαγωγή εργαστηριακών πειραμάτων

• Κύριος συγγραφέας: Μπολέτης, Σταύρος
• Άλλοι συγγραφείς: Οικονόμου, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Απομακρυσμένη διαχείριση; Διαδίκτυο των Πραγμάτων; Εργαστήριο; Internet of Things (IoT); Remote management

Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε ένα IoT (Internet of Things) σύστημα το οποίο αναλαμβάνει την απομακρυσμένη διαχείριση εργαστηριακών διατάξεων. Η πειραματική διάταξη που φιλοξενείται στο συγκεκριμένο σύστημα περιλαμβάνει ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα υλοποίησης πολλαπλών Low Pass φίλτρων 2ης τάξης. Τα φίλτρα αυτά τροφοδοτούνται με σήματα από την γεννήτρια συχνοτήτων TG 2000 της AIM-TTi (AIM & THURLBY THANDAR INSTRUMENTS). Οι χρήστες του συστήματος είναι σε θέση να υλοποιήσουν διάφορα Low Pass φίλτρα 2ης τάξης σύμφωνα με τις ωμικές αντιστάσεις και τους πυκνωτές που είναι διαθέσιμοι στο κύκλωμα. Επίσης μπορούν να τροφοδοτήσουν τα φίλτρα που υλοποίησαν με σήματα διαφορετικού πλάτους, συχνότητας και τύπου μέσω της διαθέσιμης γεννήτριας συχνοτήτων. Η διεξαγωγή του πειράματος πραγματοποιείται μέσω κατάλληλα διαμορφωμένης ιστοσελίδας η οποία παρέχει στον χρήστη όλες τις παραπάνω διαθέσιμες παραμετροποιήσεις και του επιτρέπει να παρατηρεί τις κυματομορφές των σημάτων εισόδου και εξόδου του φίλτρου. Ο έλεγχος της ηλεκτρονικής διάταξης που υλοποιήθηκε πραγματοποιείται μέσω του κώδικα που αναπτύχθηκε με την γλώσσα προγραμματισμού C και φορτώθηκε στην πλατφόρμα Arduino Mega 2560. Η δειγματοληψία των σημάτων του πειράματος πραγματοποιείται με την χρήση του εξωτερικού ADC (Analog to Digital Converter) MCP 3008 της Microchip Technology ο οποίος επικοινωνεί με το Arduino Mega 2560 μέσω κατάλληλης software SPI (Serial Peripheral Interface) λογικής που υλοποιήθηκε στα πλαίσια της μεταπτυχιακής διπλωματικής εργασίας. Για την απομακρυσμένη διαχείριση της γεννήτριας συχνοτήτων TG 2000 αναπτύχθηκε με την γλώσσα προγραμματισμού Python κώδικας ο οποίος εκτελείται στην πλατφόρμα Raspberry Pi 3. Η επικοινωνία της γεννήτριας με το Raspberry Pi 3 πραγματοποιείται μέσω του πρωτοκόλλου USB (Universal Serial Bus). Ο κώδικας που φορτώθηκε στο Raspberry Pi 3 και έχει υλοποιηθεί με την γλώσσα προγραμματισμού Python λαμβάνει επίσης τα δεδομένα του πειράματος από το Arduino Mega 2560 με το οποίο επικοινωνεί μέσω του πρωτοκόλλου I2C (Inter Integrated Circuit). Τα δεδομένα αυτά μεταφέρονται στην ιστοσελίδα μέσω του Mosquitto MQTT (MQ Telemetry Transport) broker server που έχει εγκατασταθεί στο Raspberry Pi 3. Στον κώδικα που έχει υλοποιηθεί στο Raspberry Pi 3 πραγματοποιείται επίσης και η επεξεργασία των αιτημάτων που καταφθάνουν από την ιστοσελίδα μέσω του MQTT πρωτοκόλλου. Η ιστοσελίδα του ΙοΤ συστήματος υλοποιήθηκε με την χρήση της πλατφόρμας Web2py και χρησιμοποιεί τον Rocket wsgiserver webserver και την SQLite βάση δεδομένων για τις ανάγκες του συστήματος. Για την σύνδεση των χρηστών στην ιστοσελίδα είναι αναγκαία η δημιουργία λογαριασμού για την οποία χρειάζεται η έγκριση του διαχειριστή του συστήματος. Μόλις ένας χρήστης συνδεθεί στην ιστοσελίδα του πειράματος είναι σε θέση να παρατηρήσει μέσω ενός GUI (Graphical User Interface) την συνοπτική περιγραφή του πειράματος και των κυκλωμάτων καθώς και τις γραφικές απεικονίσεις των σημάτων εισόδου και εξόδου του φίλτρου που υλοποίησε.