Κατασκευή κυκλώματος για εξ’ αποστάσεως διαχείριση εφαρμογής

Abstract

Το Διαδίκτυο των πραγμάτων (Internet of Things, IoT) στοχεύει στη δημιουργία ενός αόρατου και καινοτόμου πλαισίου, για τη σύνδεση πληθώρας ψηφιακών συσκευών με το Διαδίκτυο. Επιτρέποντας εύκολη πρόσβαση και αλληλεπίδραση με μια μεγάλη ποικιλία συσκευών, όπως οι οικιακές συσκευές, κάμερες και αισθητήρες παρακολούθησης, ενεργοποιητές, οθόνες, οχήματα κ.τ.λ., το IoT προωθεί την ανάπτυξη πολυάριθμων εφαρμογών για την παροχή νέων υπηρεσιών στους πολίτες, τις επιχειρήσεις και τους δημοσίους φορείς. Το IoT στηρίζεται στις ασύρματες τεχνολογίες, που χρησιμοποιούνται για την παροχή πρόσβασης δεδομένων στις τελικές συσκευές. Για πολλά χρόνια, οι τεχνολογίες μετάδοσης μικρής εμβέλειας, όπως το ZigBee και το Bluetooth, θεωρήθηκαν ως ένας βιώσιμος τρόπος για την εφαρμογή υπηρεσιών IoT. Τα ασύρματα κυψελοειδή δίκτυα μπορούν να διαδραματίσουν θεμελιώδη ρόλο στην εξάπλωση του IoT, δεδομένου ότι είναι σε θέση να παρέχουν παντού διαρκή και διαφανή κάλυψη. Κυψελοειδές δίκτυα, όπως UMTS και LTE, δε σχεδιάστηκαν όμως για να παρέχουν υπηρεσίες τύπου μηχανής σε έναν τεράστιο αριθμό συσκευών. Επιπλέον, αντίθετα από τις παραδοσιακές ευρυζωνικές υπηρεσίες, η επικοινωνία IoT αναμένεται να δημιουργήσει, στις περισσότερες περιπτώσεις, σποραδικές μεταδόσεις σύντομων πακέτων. Ταυτόχρονα, ο δυνητικά τεράστιος αριθμός συσκευών IoT, που ζητούν σύνδεση, μέσω ενός σταθμού βάσης (Base Station BS), θα δημιουργήσει νέα ζητήματα που σχετίζονται με τη σηματοδοσία και τον έλεγχο της κυκλοφορίας, που ενδέχεται να δημιουργήσει συμφόρηση (bottleneck) του συστήματος. Η παρούσα εργασία αφορά στην κατασκευή ενός κυκλώματος το οποίο διαχειρίζεται μια διαδικτυακή εφαρμογή ενημερώνοντάς την με μετεωρολογικά δεδομένα με τελικό σκοπό την επιτήρηση των μετεωρολογικών συνθηκών σε έναν χώρο. Το κύκλωμα αποτελείται από έναν μικροελεγκτή τύπου ESP32 ο οποίος λαμβάνει δεδομένα ατμοσφαιρικής πίεσης και θερμοκρασίας μέσω ενός αισθητήρα τύπου BMP280 ο οποίος επικοινωνεί με το πρωτόκολλο I2C. Στη συνέχεια τα δεδομένα αυτά αποστέλλονται από τον μικροελεγκτή σε έναν Bluetooth GATT Server με το πρωτόκολλο επικοινωνίας Bluetooth Low Energy. Τέλος ο server που λαμβάνει τα δεδομένα είναι ένα Raspberry Pi 3 model b το οποίο αφού λάβει επιτυχώς τα δεδομένα, αναλαμβάνει την αποστολή τους στην πλατφόρμα Thingspeak με την χρήση του πρωτοκόλλου 802.11. Το παρόν κύκλωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορες εφαρμογές του internet of things. The Internet of Things (IoT) aims to create an invisible and innovative framework for connecting a variety of digital devices to the Internet. By allowing easy access and interaction with a wide variety of devices, such as home devices, cameras and surveillance sensors, actuators, monitors, vehicles, etc., IoT promotes the development of numerous applications to provide new services to citizens, businesses and public bodies.

IoT relies on wireless technology, which is used to provide data access to end devices. For quite long time, small-scale transmission technologies, such as ZigBee and Bluetooth, have been seen as a viable way to implement IoT services.

Wireless cellular networks can play a key role in the spread of IoT, as they are able to provide permanent and transparent coverage everywhere. However, cellular networks such as UMTS and LTE were not designed to provide machine-type services to a huge number of devices. In addition, unlike traditional broadband services, IoT communication is expected to create, in most cases, sporadic short packet transmissions. At the same time, the potentially huge number of IoT devices that require connection via a Base Station (BS) will create new issues related to signaling and traffic control, which may create a bottleneck to the system.

The present work concerns the construction of a circuit that manages an online application by informing it with meteorological data with the ultimate goal of monitoring meteorological conditions in a space. The circuit consists of an ESP32 microcontroller that receives atmospheric pressure and temperature data via a BMP280 sensor that communicates with the I2C protocol. This data is then sent by the microcontroller to a Bluetooth GATT Server with the Bluetooth Low Energy communication protocol. Finally, the server that receives the data is a Raspberry Pi 3 model b which, after successfully receiving the data, undertakes their mission on the Thingspeak platform using the 802.11 protocol. This circuit can be used in various applications of the internet of things.