Ανάπτυξη ενσωματωμένης εφαρμογής πάνω σε Bluetooth Low Energy development board και εφαρμογής smart-phone με σκοπό τη δημιουργία ενός συστήματος καταγραφής καιρού

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της στοίβας πρωτοκόλλων του Bluetooth Low Energy (BLE), ή Bluetooth Smart, όπως είναι η εμπορική του ονομασία, με σκοπό τη δημιουργία ενός συστήματος καταγραφής καιρού (σταθμός καιρού). Το σύστημα αποτελείται από δύο τμήματα. Το πρώτο τμήμα είναι αυτό που εκτελείται σε ενσωματωμένο σύστημα και καταγράφει δεδομένα για τον καιρό, χρησιμοποιώντας μια σειρά από κατάλληλους αισθητήρες (π.χ. θερμοκρασία, υγρασία, ατμοσφαιρική πίεση). Το δεύτερο τμήμα είναι αυτό που εκτελείται σε κάποιο smartphone ή tablet, το οποίο λαμβάνει τα δεδομένα από το ενσωματωμένο σύστημα, τα επεξεργάζεται, και παρουσιάζει στον χρήστη της εφαρμογής μία διεπαφή χρήστη (user interface), η οποία του επιτρέπει να βλέπει συγκεντρωτικά στοιχεία για τον καιρό, καθώς και να καθορίζει τις διάφορες παραμέτρους λειτουργίας του συστήματος. Η επικοινωνία μεταξύ των δύο τμημάτων του συστήματος γίνεται μέσω του πρωτοκόλλου BLE. To BLE έχει ως βασικό χαρακτηριστικό τη μικρή κατανάλωση ενέργειας, κάτι που επιτρέπει στο ενσωματωμένο σύστημα να λειτουργεί με μπαταρία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το ενσωματωμένο σύστημα που χρησιμοποιήθηκε είναι το DA14580 της εταιρίας Dialog Semiconductor. Το DA14580 είναι ένα μικρού μεγέθους BLE System on a Chip (SoC), το οποίο περιέχει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για τη δημιουργία μιας ενσωματωμένης εφαρμογής, η οποία θα εκτελείται πάνω στο σύστημα, χρησιμοποιώντας μπαταρία και λίγα εξωτερικά στοιχεία. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήσαμε την αναπτυξιακή πλακέτα που παρέχεται από την εταιρία, με σκοπό τη δημιουργία και τον έλεγχο εφαρμογών πριν αυτές περάσουν στην παραγωγή. Για το δεύτερο τμήμα του συστήματος, υλοποιήθηκε μια εφαρμογή (app) για το λειτουργικό σύστημα Android, η οποία μπορεί να εκτελεστεί σε τελευταίας τεχνολογίας smartphones ή tablets, που υποστηρίζουν το πρωτόκολλο BLE.

The purpose of the present diploma thesis is the study of Bluetooth Low Energy (BLE) protocol stack, which is commercially known as Bluetooth Smart, with the objective of creating a weather recording system (weather station). The system consists of two parts. The first part is the one that runs on an embedded system and uses appropriate sensors (e.g. temperature, humidity, atmospheric pressure) to record weather related data. The second part is the one that runs on a smartphone or tablet, which receives the recorded data from the embedded system, and, after some processing, it presents the user with a user interface, that allows him to view cumulative data about the weather, and set the system’s operating parameters and options. The communication between the two parts of the system is achieved through the use of BLE. BLE’s most important feature is the low power consumption, which allows the embedded system to operate on battery power for a long period of time. The embedded system that we used is the DA14580, which is a product of Dialog Semiconductor. DA14580 is a small form factor BLE System on a Chip (SoC), which contains all the necessary elements for the creation of an embedded application, which will run on the embedded system on battery power using only a small number of external components. In particular, we used the development board, which Dialog Semiconductor provides to developers of BLE applications, in order to create and debug their applications before production. For the second part of the system, we created an application (app) for the Android operating system, which may run on last generations of smartphones or tablets, with the requirement that they support BLE.