Έξυπνο κτίριο με την χρήση μικροελεγκτή ESP32

Αρβανιτάκης, Πέτρος Ιωάννης

Smart building with the use of a microcontroller ESP32

Διπλωματική εργασία

Author

Αρβανιτάκης, Πέτρος Ιωάννης

Date

2023-03

Advisor

Παπουτσιδάκης, Μιχαήλ

Diploma Thesis Final_Αρβανιτάκης μπ.pdf (2.883Mb)

Keywords

Έξυπνα κτίρια ; Μικροελεγκτές ; Διαδίκτυο πραγμάτων ; Internet of things ; ESP32 ; Smart buildings ; IoT

Abstract

Η εποχή στην οποία ζούμε και τα χρόνια τα οποία διανύουμε, αποτελούν αναμφισβήτητα, αυτά με την μεγαλύτερη ανάπτυξη της τεχνολογίας. Το Διαδίκτυο των Πραγμάτων αποτελεί μια τέτοια τεχνολογία, η οποία αναπτύσσεται ραγδαία, και συνδέει φυσικές συσκευές, οχήματα, κτίρια, αντικείμενα κ.α. , με το Διαδίκτυο, δίνοντας τους την δυνατότητα για επικοινωνία και ανταλλαγή δεδομένων. Η τεχνολογία αυτή, φέρνει επανάσταση σε διάφορους κλάδους, και συγκεκριμένα στα κτίρια, μετατρέποντας τα σε «έξυπνα», το οποίο αποτελεί το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Τα κτίρια που χρησιμοποιούν την τεχνολογία ΙοΤ, γίνονται όλο και πιο δημοφιλή, λόγω της βελτιστοποίησης της απόδοσης του κτιρίου, της ενεργειακής απόδοσης, αλλά και της άνεσης των χρηστών. Στη συγκεκριμένη εργασία, παρέχεται επισκόπηση του Διαδικτύου των Πραγμάτων, συμπεριλαμβανομένου του ορισμού του, των βασικών στοιχείων και των εφαρμογών του. Επιπλέον, αναλύονται τα οφέλη του, ενώ συμπεριλαμβάνονται και οι ανησυχίες για την ασφάλεια και το απόρρητο. Στην συνέχεια, επεξηγείται ο όρος «έξυπνο κτίριο», καθώς επίσης αναλύονται οι λειτουργίες τέτοιου είδους κτιρίων, ενώ παρουσιάζονται και τα χαρακτηριστικά αυτών. Επιπρόσθετα, επεξηγούνται οι τεχνολογίες και τα πρωτόκολλα επικοινωνιών τα οποία χρησιμοποιούνται σε τεχνολογίες όπως είναι το ΙοΤ, για την επίτευξη του στόχου πραγματοποίησης συγκεκριμένης εφαρμογής (Smart Building). Ακόμα, για την ολοκλήρωση και την ορθή λειτουργία μιας τέτοιας εφαρμογής, απαραίτητο στοιχείο αποτελούν οι μικροελεγκτές. Ο ορισμός τους, η λειτουργία τους, τα χαρακτηριστικά τους και οι κατηγορίες στις οποίες αυτοί χωρίζονται, παρουσιάζονται σε συγκεκριμένο κεφάλαιο στην παρούσα εργασία, ενώ εκτενής αναφορά γίνεται για τον μικροελεγκτή ESP32, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε στην εφαρμογή που υλοποιήθηκε. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται τόσο το λογισμικό, όσο και το υλικό, το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την ανάπτυξη του συστήματος. Τέλος, αναφέρονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων που προέκυψαν κατά τις δοκιμές του συστήματος, οι οποίες υποδεικνύουν και την ορθή λειτουργία του. Αξίζει να σημειωθεί, πως κριτήριο για τα παραπάνω αποτέλεσε η απλότητα και η αξιοπιστία κατά την σχεδίαση, με μελλοντικό στόχο την αξιοποίηση ενός τέτοιου συστήματος.

Abstract

The era in which we live and the years we are going through are undoubtedly the ones with the greatest development of technology. The Internet of Things is one such technology, which is developing rapidly, and connects physical devices, vehicles, buildings, objects, etc. , with the Internet, enabling them to communicate and exchange data. This technology is revolutionizing various industries, specifically buildings, turning them into "smart" ones, which is the subject of this thesis. Buildings using IoT technology are becoming increasingly popular due to the optimization of building performance, energy efficiency, and user comfort. In this paper, an overview of the Internet of Things is provided, including its definition, key elements, and applications. In addition, its benefits are analyzed, while security and privacy concerns are also included. Next, the term "smart building" is explained, as well as the functions of such buildings are analyzed, while their characteristics are also presented. In addition, the technologies and communication protocols used in technologies such as IoT are explained to achieve the goal of realizing a specific application (Smart Building). Furthermore, for the completion and proper operation of such an application, microcontrollers are a necessary element. Their definition, their operation, their characteristics, and the categories into which they are divided, are presented in a specific chapter in this work, while an extensive reference is made to the ESP32 microcontroller, which was used in the implemented application. Additionally, both the software and the hardware used for the development of the system are presented, which will be analyzed in the following chapter. Finally, the results of the measurements obtained during the system tests are reported, which also indicates its correct operation. It is worth noting that the criterion for the above was simplicity and reliability during the design, with the future goal of utilizing such a system.