Μελέτη δομής, οργάνωσης και διασύνδεσης συστημάτων IoT και αρμονικής συνεργασίας των πρωτοκόλλων επικοινωνίας. Πρόταση διδασκαλίας της υλοποίησης εφαρμογών με Node red
Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιλέχτηκε να αξιοποιηθούν τεχνολογίες, πρωτόκολλα και δίκτυα επικοινωνιών που είναι σε άμεση εφαρμογή και θα επεκταθούν στο άμεσο μέλλον. Οι τεχνολογίες αυτές, προσαρμόστηκαν στη σύγχρονη κατοικία της οποίας οι συσκευές είναι συμβατικού (παλαιού) τύπου, δηλαδή δεν...
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Language: | el_GR |
| Published: |
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/11610/18391 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Summary: | Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιλέχτηκε να αξιοποιηθούν τεχνολογίες, πρωτόκολλα και δίκτυα επικοινωνιών που είναι σε άμεση εφαρμογή και θα επεκταθούν στο άμεσο μέλλον. Οι τεχνολογίες αυτές, προσαρμόστηκαν στη σύγχρονη κατοικία της οποίας οι συσκευές είναι συμβατικού (παλαιού) τύπου, δηλαδή δεν διαθέτουν interface IoT, όπως θα έχουν οι μελλοντικές. Έτσι οι προτάσεις μας είναι εφαρμόσιμες δίνοντας στην κατοικία άμεση λειτουργική εφαρμογή. Αν και το σύνολο πραγματοποιήθηκε σε φορητό υπολογιστή κάτω από το λειτουργικό windows, εντούτοις για λόγους οικονομίας και οικολογίας, επιλέχθηκε ως μόνιμα συνδεδεμένο MQTT broker το μικροϋπολογιστικό σύστημα Raspberry Pi 3 που συνδυάζει τα πλεονεκτήματα της πολύ χαμηλής κατανάλωσης (~5w) και του χαμηλού κόστους απόκτησης.
Λαμβάνοντας υπόψη τα πιο πάνω, η παρούσα εργασία εκπονήθηκε με σκοπό να διδάξει πως μέσα από τις εφαρμογές των IoT μπορούμε να έρθουμε σε επαφή (να αγγίξουμε) το φυσικό περιβάλλον επιλέγοντας τον κατάλληλο αισθητήρα. Να διδάξει πως το φυσικό μέγεθος μετατρέπεται σε αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα και στη συνέχεια σε αριθμητικό μέγεθος, το οποίο μεταφέρεται, «ταξιδεύει», μέσα στο διαδίκτυο σε μορφή πακέτων του πρωτοκόλλου TCP/IP που περιέχουν ως χρήσιμο φορτίο ASCII χαρακτήρες και οδηγούνται στη διεπαφή (interface) με τον τελικό χρήστη, σε εικονοποιημένη μορφή με αξιοποίηση του NODE-RED. Για να επιτευχθούν όλα αυτά στη διδασκαλία του μαθήματος της εκπαίδευσης στην πληροφορική, παρουσιάζεται αριθμός αισθητήρων και διδάσκεται ο τρόπος λειτουργίας τους, δηλαδή πως ο καθένας από αυτούς πρέπει να συνδέεται για να “αισθάνεται” το προς διερεύνηση αντίστοιχο φυσικό μέγεθος. Δηλαδή πως το φυσικό μέγεθος μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα, πως λαμβάνεται στην κατάλληλα οργανωμένη είσοδο του μικροελεγκτή, το οποίο αξιοποιούμε με το κατάλληλα οργανωμένο λογισμικό, γραμμένο στη γλώσσα προγραμματισμού που επιλέχθηκε γι’ αυτό το σκοπό. Είναι απαραίτητο να διδαχθούν οι κατάλληλες γλώσσες προγραμματισμού που είναι συμβατές με μικροσυστήματα. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή επιλέχτηκαν οι γλώσσες C/C++, PYTHON (MicroPython), και LUA.
Στη συνέχεια αξιοποιήθηκαν οι τεχνολογίες διαδικτυακής επικοινωνίας έχοντας ως πυρήνα το πρωτόκολλο TCP/IP. Τη διαχείριση/διανομή των πληροφοριών, στην παρούσα εργασία, αναλαμβάνει ο MQTT broker που αν και στη διάρκεια της μελέτης και ανάπτυξης ενεργοποιήθηκε στο φορητό υπολογιστή (laptop), εντούτοις, για λόγους που ήδη αναφέρθηκαν, θα τρέχει σε πλακέτα μικροϋπολογιστή Raspberry Pi 3, επειδή με αυτόν το τρόπο ο broker, μπορεί να διατηρηθεί σε συνεχή αδιάλειπτη λειτουργία.
iii
Στη συνέχεια παρουσιάζεται η δομή διεπαφής, (επικοινωνία) ανθρώπου – μηχανής σε φορητές συσκευές, όπως smartphones και tablets, οργανώνοντας το αντίστοιχο γραφιστικό περιβάλλον αξιοποιώντας την τεχνολογία λογισμικού Node-Red.
Σκοπός είναι η παρούσα εργασία να εμπεριέχει έμπρακτη διδασκαλία της πληροφορικής στο πεδίο του Διαδικτύου των Πραγμάτων. Για αυτό το λόγο εστιάζουμε στην επιλογή αισθητήρων που αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον και μας παρέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες των φυσικών μεγεθών με τη μορφή ηλεκτρικών σημάτων. Παρουσιάζουμε πως αξιοποιούνται οι διατάξεις μικροελεγκτών τύπου Αrduino, NodeMCU ESP8266 και ESP32 που από την έρευνά μας διαπιστώθηκε ότι έχουν τη μέγιστη εξάπλωση. Εφαρμόζουμε την τεχνολογία PUB/SUB του πρωτοκόλλου MQTT αξιοποιώντας την υλοποίηση Mosquitto. Δείχνουμε ποιες είναι οι συνιστώμενες γλώσσες προγραμματισμού για αυτό το σκοπό, καθώς επίσης και το συνιστώμενο εργαλείο Node-Red που συνδέει τη γραφιστική απεικόνιση στην οθόνη των φορητών συσκευών, με τη φυσική λειτουργία (action), των συστημάτων ΙοΤ. |
|---|