Ανάπτυξη και υλοποίηση ασύρματης διάταξης δεντρόμετρου

Βάλβης, Ανδρέας

Development and implementation of a wireless dendrometer device

Διπλωματική εργασία

Author

Βάλβης, Ανδρέας

Date

2024-03-11

Advisor

Piromalis, Dimitrios

Πτυχιακή εργασία (6.422Mb)

Keywords

Ασύρματος κόμβος ; Rotary encoder ; NB-IoT ; Δεντρόμετρο ; MQTT broker ; Συγκομιδή ενέργειας ; Διαχείριση ενέργειας ; LPWAΝ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει σε ένα ουσιαστικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει η διαχείριση των δασικών πόρων στην πορεία μιας αναδάσωσης: Το πρόβλημα της παρακολούθησης του ρυθμού ανάπτυξης των δέντρων. Η ανάπτυξη των δασών στην Ευρώπη αποτελεί θεμέλιο πυλώνα για τη διασφάλιση της οικολογικής ισορροπίας και της παροχής ουσιαστικών περιβαλλοντικών υπηρεσιών . Ωστόσο, η πολυπλοκότητα του δασικού οικοσυστήματος και οι διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των δέντρων καθιστούν αναγκαία την ανάπτυξη σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος θα χρειαστεί η δημιουργία μιας συσκευής δεντρόμετρου που θα απαρτίζεται από τα παρακάτω χαρακτηριστικά: Απομακρυσμένη παρακολούθηση μετρήσεων, έναν αισθητήρα που θα μετράει τον ρυθμό ανάπτυξης του δέντρου καθώς και ένα σύστημα διαχείρισης της ενέργειας που θα τροφοδοτεί το δεντρόμετρο. Ύστερα από έρευνα η βέλτιστη υλοποίηση για εφαρμογή σε αναδασωτικά προγράμματα είναι η χρήση ασύρματων τεχνολογιών και ειδικότερα της τεχνολογίας NB-IoT (Narrowband Internet of Things) που αποτελεί έναν εξελιγμένο τύπο ασύρματης επικοινωνίας που σχεδιάστηκε ειδικά για απαιτήσεις απομακρυσμένης επικοινωνίας με χαμηλή κατανάλωση. Γι’ αυτό θα δημιουργηθεί ένας κόμβος NB-IoT, ο οποίος θα συνδέεται με έναν αισθητήρα μέτρησης της περιμέτρου του δέντρου για να υπολογίζει τον ρυθμό ανάπτυξής του. Επίσης για αισθητήρα σκόπιμα επιλέχθηκε η χρήση rotary encoder, αφότου μπορεί να παρέχει υψηλή ακρίβεια στη μέτρηση της περιστροφικής θέσης, καθιστώντας τον κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν ακριβή εντοπισμό θέση. Επιπλέον, δεν έχει ευαίσθητα κινούμενα μέρη όπως ένα ποτενσιόμετρο με γραφίτη. Η απουσία τέτοιων υλικών σημαίνει ότι χρησιμοποιείται χωρίς να επηρεάζεται από σκόνη, βρωμιά ή φθορά εξασφαλίζοντας την μακροχρόνια λειτουργία του και καθιστώντας τον ιδανικό για την χρήση του σε ένα δάσος . Έπειτα αναγκαία είναι και η δημιουργία ενός συστήματος συγκομιδής και διαχείρισης ενέργειας που θα διασφαλίζει την κατάλληλη διανομή ενέργειας στον κόμβο NB-IoT. Τέλος, ο προγραμματισμός του λογισμικού, η αποστολή δεδομένων σε απομακρυσμένο σημείο από τον κόμβο και η αρμονική σύνδεση των συστημάτων αποτελούν το σημείο όπου διαμορφώνεται το ολοκληρωμένο σύνολο της εφαρμογής του δεντρόμετρου για χρήση σε προγράμματα αναδάσωσης

Abstract

This thesis focuses on an essential problem that forest resource management faces in the course of reforestation: the problem of monitoring the growth rate of trees. Forest development in Europe is a fundamental pillar for ensuring ecological balance and providing essential environmental services . However, the complexity of the forest ecosystem and the numerous factors influencing tree growth make it necessary to develop modern and effective monitoring methods . To address the problem, it will be necessary to create a tree measuring device consisting of the following features: Remote monitoring of measurements, a sensor that measures the tree growth rate and a power management system that will power the tree meter. After research, the optimal implementation for application in reforestation projects is the use of wireless technologies and in particular NB-IoT (Narrowband Internet of Things) technology, which is an advanced type of wireless communication designed specifically for low-power remote communication requirements. For this purpose, an NB-IoT node will be created, which will be connected to a sensor measuring the tree's perimeter to calculate its growth rate. Also for sensor was deliberately chosen to be rotary encoder after it can provide high accuracy in measuring rotary position, making it suitable for applications that require accurate position detection. In addition it has no sensitive moving parts like a graphite potentiometer. The absence of such materials means that it is used without being affected by dust, dirt or wear ensuring long term operation and making it ideal for use in a forest . Then it is also necessary to create a harvesting and energy management system to ensure proper energy distribution to the NB-IoT node. Finally, software programming, sending data to a remote point from the node and the harmonious connection of the systems are the point up to which the complete set of the tree meter application is formed for use in reforestation projects.