Ονοματεπώνυμο: Τσίτκανος Εμμανουήλ
Αριθμός Μητρώου: ΜΤ134

Θέμα
Τίτλος στα ελληνικά: Κατανεμημένο δίκτυο αισθητήρων με Raspberry και επικοινωνία MQTT
Τίτλος στα αγγλικά: Distributed Sensor Network with Raspberry and MQTT communication

Επιβλέπων:
Αντωνιδάκης Εμμανουήλ, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Τριμελής Επιτροπή
1. Αντωνιδάκης Εμμανουήλ, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
2. Βαρδιάμπασης Ιωάννης, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ
3. Χατζάκης Ιωάννης, Καθηγητής Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών ΕΛΜΕΠΑ

Περίληψη
Στην παρούσα διπλωματική εργασία, το αντικείμενο είναι η σχεδίαση και ανάλυση ενός δικτύου με μικροεπεξεργαστές τύπου Raspberry PI με χρήση πρωτοκόλλου MQTT παίρνοντας δεδομένα από αισθητήρες αλλά και στη μεταφορά μηνυμάτων όπου αλλάζουν καταστάσεις σε ένα LED όπου θα γίνονται με ένα server. Στην αρχή, γίνεται ανάλυση της ανάγκης να έχουμε ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων σε ένα κτίριο και που μπορεί να μας ωφελήσει. Στη συνέχεια, η μελέτη ένα αριθμό αισθητήρων, από τους οποίους δύο από τους οποίους θα μας βοηθήσουν στη συγκεκριμένη εργασία καθώς και τους μικροεπεξεργαστές αλλά και τι τύπου θα χρησιμοποιήσουμε.
Παράλληλα, γίνεται γενικευμένη περιγραφή του πρωτοκόλλου MQTT, για τους τρεις ρόλους που έχει (subscriber, publisher, broker) καθώς και τα τρία επίπεδα της ποιότητας της υπηρεσίας, αλλά και την εφαρμογή Mosquitto που θα μας βοηθήσει να χρησιμοποιήσουμε το συγκεκριμένο πρωτόκολλο κάνοντας έναν υπολογιστή server.
Στη συνέχεια θα γίνει ανάλυση για το Node-Red, ένα εργαλείο ανάπτυξης χαμηλού κώδικα για οπτικό προγραμματισμό από την IBM, για τους κόμβους, για διάφορες εργαλειοθήκες και συγκεκριμένα για το dashboard για την απεικόνιση των δεδομένων με γραφήματα και μετρητές. Επίσης, και για το Thonny, μια εφαρμογή με χρήση της γλωσσάς Python για τον προγραμματισμό των μικροεπεξεργαστών.
Κατόπιν ανάλυση και η κατασκευή του συστήματος χρησιμοποιώντας όλες τις εφαρμογές και τις τεχνολογίες που αναφέρθηκαν αρχικά καθώς και η συναρμολόγηση των αισθητήρων, οι οποίοι θα συνδεθούν στο μικροεπεξεργαστή με ειδικά εξαρτήματα, συνδεμένα όλα μέσω του δικτύου Wi-Fi με τη χρήση του πρωτοκόλλου MQTT καθώς και οι κόμβοι που χρησιμοποιήθηκαν στο Node-Red και επεξήγηση τους κώδικες που εφαρμόστηκαν στους μικροεπεξεργαστές, θα γίνει περιγραφή για το πως έγινε στην πράξη και ανάλυση των πρώτων μετρήσεων που θα πάρει το σύστημα. Πριν από αυτό όμως, θα γίνει μια δοκιμή για το αν λειτουργεί σωστά, αυτόνομα, δηλαδή χωρίς τους αισθητήρες.
Στο τέλος, γίνεται ανάλυση των αποτελεσμάτων και θα εξάγονται κάποια συμπεράσματα καθώς και προτάσεις για το πώς θα γίνει πιο αποδοτικό και πιο ποιοτικό, αλλά και πως μπορεί να λειτουργήσει και σε εξωτερικό δίκτυο.

Abstract
The object of this dissertation is the design and analyze a network with Raspberry microprocessors using MQTT protocol by taking data from sensors and transferring messages that change states if LED where they will be done with a server. In the beginning the analysis of the need to have a wireless sensor network in a building and which can owe us. Then the study of several sensors which two of them will help us in this task as well as the microprocessors and what type we will use.
At the same time a generalized description of the MQTT protocol is made, for the three roles it has (subscriber, publisher, broker) as well as the three qualities of most of the service and the Mosquito application that will help us to use this protocol who making a computer server.
In addition, there will be an analysis of Node-Red, a low-code development tool for visual programming from IBM, of the nodes, of various toolboxes and a specifically of the dashboard to display the data with graphs and counters. Also, for Thonny, a Python language application for programming microprocessors.
Then analysis and construction of the system using all the applications and technologies mentioned from the beginning as well as the assembly of the sensors connected to the microprocessor with proprietary components, all connected via Wi-Fi network using the MQTT protocol as well as the nodes used in Node-Red and explanation of the codes applied to the microprocessors, a description of how it was done in practice and also analysis of the first measurements taken by the system. Before this shoulder will be made a test to see if it works properly autonomous, that is without the sensors.
At the end there will be an analysis of the results and some conclusions and preferences on how to make it more efficient and of higher quality, as well as how it can work in the external network.

Λέξεις – Κλειδιά
Μικροεπεξεργαστής, δίκτυο, αισθητήρας, προγραμματισμός, πρωτόκολλο MQTT, ασύρματο, Node-Red

Keywords
Microprocessor, network, sensor, programming, MQTT protocol, wireless, Node-Red

Ημερομηνία Εξέτασης: 18 Σεπτεμβρίου 2024, 19:00
Χώρος Εξέτασης:   Εργ. ΤΥΠΗΚ, Τμ. Ηλεκτρονικών Μηχανικών, Κτίριο Α
Διαδικτυακά: Ζωντανή αναμετάδοση: https://diavlos.grnet.gr/epresence-conference-16878