«ΠΑΝΖΕΥΚΤΗΣ»: Ολοκληρωμένη Πλατφόρμα Υλικού Ανάπτυξης Εφαρμογών Διάχυτης Ευφυίας, Ασύρματης Εποπτείας και Ευφυούς Ελέγχου Οικίας (domotics) με Προηγμένες Υπολογιστικές Δυνατότητες

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η σχεδίαση, κατασκευή και δοκιμή μιας ολοκληρωμένης πλατφόρμας υλικού για την ανάπτυξη εφαρμογών διάχυτης ευφυίας, ασύρματης εποπτείας και ευφυούς ελέγχου οικίας (domotics), με προηγμένες υπολογιστικές δυνατότητες. Ονόμασα αυτή τη συσκευή «ΠΑΝΖΕΥΚΤΗ». Παράλληλα, ανέπτυξα και περιφερειακή συσκευή η οποία επικοινωνεί ασύρματα με τον «Πανζεύκτη» και προσφέρει πολλαπλή λειτουργικότητα εισόδου-εξόδου και μετρήσεων, ώστε να διευκολύνεται η άμεση υλοποίηση εφαρμογών. Ονόμασα αυτή τη συσκευή «Panzerminal». Ο ισχυρότατος μικροελεγκτής 32-bit ARM Cortex-M3 50-MHz που ο «Πανζεύκτης» διαθέτει, επιτρέπει την αποτελεσματική ανάπτυξη σύγχρονων εφαρμογών με υψηλές απαιτήσεις. Ακόμη, ο «Πανζεύκτης» προσφέρει εκτεταμένη συνδεσιμότητα καθώς διαθέτει Ethernet, μόντεμ XBEE (επιλογή ανάμεσα σε ZigBee, 802.15.4, Wi-Fi ή και άλλα ασύρματα δίκτυα), RS232, IrDA, USB(COM). Έτσι, σε συνδυασμό με μία ή περισσότερες τερματικές μονάδες «Panzerminal» προσφέρεται ένα πλήρες φάσμα από χρήσιμες λειτουργίες. Παρουσιάζεται η πλήρης θεωρητική μελέτη για την κατασκευή, καθώς και το υλικολογισμικό που έχει αναπτυχθεί για την παρουσίαση των λειτουργιών, μέσα από το φιλικό περιβάλλον μιας ενσωματωμένης web εφαρμογής. Η πρόσβαση σε όλες τις λειτουργίες της συσκευής γίνεται μέσα από τον φυλλομετρητή ιστού του χρήστη. Η εργασία αυτή φιλοδοξεί: • Να αποτελέσει μια ισχυρή πλατφόρμα ανάπτυξης ενσωματωμένων εφαρμογών, ιδανική για εφαρμογές Διάχυτης Ευφυίας, έχοντας ως βάση έναν ισχυρότατο ARM® 32bit μικροελεγκτή και παρέχοντας έτοιμη προς χρήση μια ποικιλία διασυνδέσεων, μέσων αποθήκευσης και εισόδων-εξόδων μέτρησης και ελέγχου. • Να παρουσιάσει μια πρόταση για τη διασύνδεση συσκευών ή μεμονωμένων αισθητήρων και ενεργοποιητών με τον χρήστη, οπουδήποτε και αν αυτός βρίσκεται, μέσα από ένα φιλικό περιβάλλον, με τη χρήση ενός απλού περιηγητή ιστού. • Να διευκολύνει σημαντικά την υλοποίηση εξειδικευμένων συσκευών τηλεμετρίας ή άλλων, καθώς η πολυεπίπεδη αρχιτεκτονική στην υλοποίηση της κεντρικής πλακέτας επιτρέπει την απρόσκοπτη προσθήκη επιπλέον πλακετών ειδικής χρήσης. • Να δώσει τη δυνατότητα πειραματισμού στις time-critical εφαρμογές, καθώς υποστηρίζεται η υλοποίηση με λειτουργικό σύστημα πραγματικού χρόνου (R.T.O.S.). • Να δώσει ένα παράδειγμα υλοποίησης με σύγχρονα υλικά. Έγινε προσπάθεια ώστε τα περισσότερα εξαρτήματα που χρησιμοποιήθηκαν να είναι επιφανειακής στήριξης.

The purpose of this thesis was to design, assemble and test an integrated hardware platform for the development of ambient intelligence and wireless domotics applications, providing enhanced processing capabilities. I gave this device the name “PANZEFKTIS”. Alongside, a peripheral device which communicates wirelessly with “Panzefktis” was developed, providing a multitude of i/o and measurements functionality, in order to allow for direct development of applications. I gave this device the name “Panzerminal”. The powereful 32-bit ARM Cortex-M3 50-MHz microprocessor “Panzefktis” features, allows the effective development of modern, demanding applications. Also, “Panzefktis” features extended connectivity as it is equipped with Ethernet, XBEE modem (one of 802.15.4, Wi-Fi, ZigBee or other wireless networks), RS232, IrDA, USB(COM). When combined with one or more “Panzerminal” devices, a complete range of useful functions is provided. The study for the design of the device hardware is presented, alongside with an extended reference to the firmware that has been developed for the presentation of the provided functionality, through the friendly user interface of an embedded web application. Access to all features is provided within the environment of a web browser. This thesis targets to: • provide a powerful embedded applications development platform, ideal for Ambient intelligence applications, around a very powerful ARM® 32bit microcontroller, providing a ready-to-use variety of connectivity options, storage media and measurement&control inputs and outputs. • provide a solution for the remote connectivity of devices or individual sen-sors and actuators, through a friendly user interface, with the use of a web browser • allow for easier development of specialized telemetry or other solutions, as the multi-layered architecture on which the main board is based allows for the easy installation of one or more additional special-purpose pcbs. • allow for easy experimentation on time-critical applications, as implemen-tration of Real Time Operating System (R.T.O.S.) is supported. • provide an example of pcb development using modern electronic components. The effort was targeted on the use of surface mount technology.