Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων για καταγραφή και παρακολούθηση περιβαλλοντικών παραμέτρων σε αστικό περιβάλλον “Έξυπνης Πόλης”

Abstract

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η καταγραφή και παρακολούθηση περιβαλλοντικών συνθηκών σε αστικό περιβάλλον έξυπνης πόλης από ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγική παρουσίαση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων, των αρχών σχεδιασμού που τα διέπουν, καθώς και αναφορές σε εφαρμογές αυτών στη σύγχρονη εποχή. Παράλληλα αναλύεται η τοπολογία και η αρχιτεκτονική που παρουσιάζουν τα συγκεκριμένα δίκτυα. Έπειτα, επεξηγείται η έννοια της “έξυπνης πόλης” και πως μπορεί αυτή να λειτουργήσει στα πλαίσια μεσαίου μεγέθους πόλης. Σημαντικές είναι και οι αναφορές στην προσπάθεια υλοποίησης “έξυπνων πόλεων”. Στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη αναφορά του γενικού εξοπλισμού και λογισμικού που έχουμε στη διάθεσή μας κατά την διεξαγωγή των μετρήσεων. Εκτενέστερα παρουσιάζονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά του Waspmote, της ασύρματης μονάδας XBee 802.15.4 Pro και η διαδικασία σύνδεσης όλων αυτών μεταξύ τους. Αντίστοιχα παρουσιάζονται η πλατφόρμα του Gas Sensor Board, τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων των αέριων ρύπων (CO, CO2, NO2, CH4), και κατ’ επέκταση ο τρόπος υλοποίησης της εφαρμογής. Υλοποιήθηκε μια εφαρμογή καταγραφής και μετάδοσης της μετρούμενης τάσης στους ακροδέκτες της αντίστασης των αισθητήρων ρύπων, μέσω της ασύρματης μονάδας XBee 802.15.4 Pro. Επίσης, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο όπου είναι δυνατή η μετατροπή της μετρούμενης τάσης σε ποσοστιαία συγκέντρωση (ppm) και ενσωματώθηκε το μοντέλο αυτό στον κώδικα. Τέλος, έγινε αναλυτική παρουσίαση των μετρήσεων συγκέντρωσης ppm αέριων ρύπων σε συνθήκες δωματίου και αστικές συνθήκες. Οι μετρήσεις παρουσιάζονται σε δύο δείγματα. Πρέπει να αναφερθεί ότι στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας δεν υπήρχε η δυνατότητα βαθμονόμησης των αισθητήρων, έτσι για να αντιμετωπιστεί η δυσκολία αυτή επιλέχθηκε η βιβλιογραφική αναζήτηση για τις ποσοστιαίες περιεκτικότητες των μετρούμενων μεγεθών ανά αέριο σε κοντινές συνθήκες περιβάλλοντος προς αυτές που πραγματοποιήθηκαν οι δοκιμές.

The scope of this thesis is the recording and monitoring of environmental conditions in urban smart city from a wireless sensor network. At first, there is an introduction to the wireless sensor networks and their design principles, along with references to several applications that they are currently being used in. At the same time we analysed the topology and architecture presenting these networks. Then, we explained the concept of "smart city" and commented how it can be operated within the framework of medium-size cities. Important are the references to the effort to achieve smart cities. Accordingly became a brief mention of the general hardware and software we had in carrying out the measurements. Spotlight were presented the technical characteristics of Waspmote, the wireless module XBee 802.15.4 Pro and the process to link all these together. Respectively presented the Gas Sensor Board, the sensors characteristics for gas pollutants (CO, CO2, NO2, CH4), and thus the way to implement the application. We implemented an application for recording and transmission the measured voltage at the terminals of the resistance sensor pollutants through the wireless module XBee 802.15.4 Pro. Also created a model where it is possible to convert the measured voltage in percentage concentration (ppm) and incorporated this model in the code Lastly, there is a thorough result presentation measuring ppm levels of gas pollutants in room conditions and urban conditions. The measurements presented in two samples. Should be mentioned that in the context of this thesis it was impossible for calibration of sensors, so to deal with this difficulty was selected literature review for the percentage concentration of measured quantities by gas in nearby ambient conditions to those tests were conducted.